PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE CONTROL PARA UN MOTOR EQUIPADO CON UN SISTEMA SCR.

Procedimiento de control para un motor equipado con un sistema SCR para la reducción del contenido en óxidos de nitrógeno en los gases de escape de dicho motor,

comprendiendo dicho sistema un convertidor que contiene un catalizador situado en la tubería de escape de dicho motor, comprendiendo el procedimiento las operaciones siguientes: cálculo (NOx req.) de la cantidad requerida de óxidos de nitrógeno en los gases de escape que penetran en dicho convertidor; ajuste, basándose en dicha condición requerida, por lo menos de un parámetro de funcionamiento del motor que afecte a la cantidad de óxidos de nitrógeno generados por el motor; caracterizado porque comprende la medición (NH3 rel.) de la concentración de amoníaco a la salida de dicho convertidor, o la evaluación (NH3 rel.) de un valor del desprendimiento potencial de amoníaco por parte del catalizador y el cálculo de dicha cantidad requerida de óxido de nitrógeno en base a dicha concentración o a dicho valor de desprendimiento potencial de amoníaco, respectivamente

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un sistema de control para un motor de combustión interna, en particular un motor diésel, equipado con un sistema SCR para reducir el contenido en óxido de nitrógeno en los gases de escape. 5

TÉCNICA ANTERIOR

En el campo de los motores de combustión interna, en particular en el campo de los motores diésel, un problema que se percibe claramente es la formación de óxidos de nitrógeno durante la combustión, unos óxidos de nitrógeno que se descargan junto con los gases de escape del motor y que representan uno de los contaminantes principales. Aunque se han sugerido diversas 10 soluciones para reducir la formación de estos compuestos, los niveles de óxido de nitrógeno en las emisiones del escape continúan siendo un problema y, asimismo en vista de la necesidad de cumplir con las normas de emisión más estrictas, surge la necesidad de sistemas que puedan reducir los óxidos de nitrógeno en los gases de escape. Uno de dichos sistemas es el sistema SCR (Selective Catalytic Reduction, o sistema de reducción catalítica); este sistema está basado en la reacción entre los óxidos 15 de nitrógeno de los gases de escape, y el amoníaco inyectado como agente reductor, favorecida por un sistema catalítico adecuado.

El amoníaco se inyecta habitualmente de un modo directo en el sistema de reducción de los óxidos de nitrógeno en forma de un reactivo, preferentemente un reactivo líquido, capaz de liberar amoníaco cuando está expuesto a las condiciones de temperatura correctas o a la acción de 20 catalizadores adecuados. La fuente preferida es generalmente urea en solución acuosa, por ejemplo, una solución que contenga entre un 10 y un 60% en peso (son preferibles las concentraciones de aproximadamente el 32,5%), a partir de las cuales se genera amoníaco mediante hidrólisis.

El suministro de reactivo se regula mediante sistemas de control adecuados, basándose en las condiciones requeridas específicas: la reducción de los óxidos de nitrógeno (cuyo nivel 25 varía en función de la velocidad del vehículo y las condiciones de carga) de forma coherente con la eficiencia del catalizador, y de este modo su capacidad para eliminar amoníaco en las condiciones de funcionamiento que se requieren en un momento dado (en particular las condiciones de temperatura).

Un requisito que debe tenerse en cuenta, es la necesidad de evitar, o como mínimo limitar, la cantidad de amoníaco sin reaccionar en el catalizador que escapa al medio ambiente, 30 lo que puede deberse a un suministro excesivo o al desprendimiento del amoníaco que se había almacenado previamente en el catalizador mediante absorción; dicho desprendimiento de amoníaco puede producirse, por ejemplo, después de una elevación de la temperatura debida a un incremento de la carga del motor. La cantidad de amoníaco que se puede almacenar mediante la masa del catalizador en un sistema SCR depende del tipo y de la temperatura del catalizador. Los sistemas catalíticos 35 utilizados más corrientemente, por ejemplo los catalizadores de V2O5 o de WO3/TiO2, pueden ser de tipo monolítico extrusionado o, por ejemplo, pueden estar compuestos por estructuras alveolares recubiertas del catalizador: los sistemas monolíticos extrusionados tienen generalmente una mayor capacidad de almacenamiento.

La Figura 1 muestra un ejemplo de una curva de absorción para un tipo de 40 sistema catalítico SCR en la que el eje “Y” corresponde a la cantidad almacenada de NH3 (NH3 en gramos por litro de volumen del catalizador) y el eje “X” corresponde a la temperatura. Debe observarse que existe una variación significativa entre 200 y 400 oC, que es un margen normal de funcionamiento del catalizador, especialmente con cargas reducidas, y que su capacidad es casi nula por encima de 400 oC. La cantidad de NH3 almacenada afecta a la eficiencia con la que se reducen los óxidos de nitrógeno; 45 cuanto menor es la temperatura mayor es la influencia, tal como se muestra, por ejemplo, en el diagrama de la figura 2 en el que se muestra el nivel de eficiencia en función de la cantidad de NH3 que está almacenada a diferentes temperaturas.

Por consiguiente, sería conveniente almacenar tanto amoníaco como fuera posible cuando el motor está funcionando en condiciones de carga reducida (lo que significa 50 temperaturas bajas de los gases de escape), pero esta cantidad está limitada por el hecho de que un aumento de la temperatura de los gases de escape reduciría la capacidad de almacenamiento, y dicha reducción no quedaría compensada por la cantidad de óxidos de nitrógeno que salen del motor, con el consiguiente desprendimiento de amoníaco, incluso si se interrumpiera el suministro de reactivo.

El nivel de los óxidos de nitrógeno generados por una motor diésel depende, en unas condiciones de carga determinadas, de una serie de parámetros de funcionamiento, los más importantes de los cuales son el avance de la inyección y la presión de inyección, tal como se muestra en la figura 3, en la que en el eje “X” se muestra el ángulo de iniciación de la inyección y en el eje “Y” se muestra la concentración de NOx (ppm), y las curvas están parametrizadas mediante la presión de 5 inyección; debe tenerse en cuenta que un mayor avance tiene como resultado la generación de unos niveles más elevados de dichos óxidos pero, mediante la mejora de la combustión, se reduce la emisión de partículas y se incrementa la eficiencia global. En función de dichos parámetros, cuanto mayor sea la carga del motor, mayor será la variación en la cantidad de óxidos de nitrógeno generados. Otro parámetro que controla la generación de NOx por parte del motor es la proporción de EGR (exhaust gas 10 recirculation, o recirculación de los gases de escape).

Normalmente, el avance se controla mediante un sistema de control según las condiciones de carga del motor y de velocidad, basándose en funciones predeterminadas (o “mapas”). Dichos mapas están definidos asimismo como una función de la optimización de los contaminantes generados: si el motor está equipado con un sistema del tipo SCR, generalmente se encuentra un 15 equilibrio entre la formación de óxidos de nitrógeno de acuerdo con la capacidad de reducción del catalizador y la formación de otros contaminantes. En particular, con una cierta carga y en un momento dado, se considera el funcionamiento del catalizador en estas condiciones de temperatura, sin tener en cuenta la evolución a lo largo del tiempo de las condiciones de funcionamiento hasta el momento considerado. Por consiguiente, la capacidad de reducción considerada de esta forma no tiene en cuenta 20 cualquier posible acumulación de amoníaco que pudiera haberse producido anteriormente, a temperaturas distintas de las consideradas en el momento. La cantidad máxima de óxidos de nitrógeno que se pueden generar es tal que se pueden reducir debidamente sin tener en cuenta las condiciones de temperatura antes de dicho momento determinado, y de este modo generalmente es menor que la que el sistema habría convertido si el almacenamiento hubiera sido posible. Por este motivo, la cantidad de 25 amoníaco que está almacenado, especialmente en condiciones de carga reducida (y de este modo, generalmente a bajas temperaturas de la superficie del catalizador) es limitada en vista de la posibilidad de un aumento repentino de la carga y de la temperatura, con el riesgo de que el amoníaco escape, tal como se ha descrito anteriormente. Esto limita la capacidad para convertir los óxidos de nitrógeno bajo condiciones de carga reducida del motor, de modo que en dichas condiciones, el catalizador no está 30 totalmente aprovechado; además, en el caso de incrementos de carga elevados y muy rápidos puede producirse de todas formas un desprendimiento de amoníaco al medio ambiente.

El documento EP A 1 367 248 da a conocer un procedimiento para el control de las emisiones de NOx, en el que se calcula una generación esperada de contaminantes basándose en parámetros tales como la presión de sobrealimentación y la temperatura, la humedad del aire y la 35 proporción aire-combustible, y la generación prevista se utiliza para dosificar la urea alimentada al convertidor SCR. La capacidad utilizable de almacenamiento del convertidor no se puede aprovechar totalmente, incluso mediante este procedimiento.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Los problemas descritos anteriormente se han resuelto actualmente, según la 40 presente invención, mediante un procedimiento...

1. Procedimiento de control para un motor equipado con un sistema SCR para la reducción del contenido en óxidos de nitrógeno en los gases de escape de dicho motor, comprendiendo dicho sistema un convertidor que contiene un catalizador situado en la tubería de escape de dicho motor, comprendiendo el procedimiento las operaciones siguientes: 5

cálculo (NOx req.) de la cantidad requerida de óxidos de nitrógeno en los gases de escape que penetran en dicho convertidor;

ajuste, basándose en dicha condición requerida, por lo menos de un parámetro de funcionamiento del motor que afecte a la cantidad de óxidos de nitrógeno generados por el motor;

caracterizado porque comprende la medición (NH3 rel.) de la concentración de amoníaco a la salida de 10 dicho convertidor, o la evaluación (NH3 rel.) de un valor del desprendimiento potencial de amoníaco por parte del catalizador y el cálculo de dicha cantidad requerida de óxido de nitrógeno en base a dicha concentración o a dicho valor de desprendimiento potencial de amoníaco, respectivamente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el motor es un motor diésel y dicho parámetro es el avance a la inyección de combustible. 15

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el motor es un motor diésel y dicho parámetro es la presión de inyección del combustible mediante un dispositivo de inyección.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el motor es un motor diésel y dicho parámetro es la proporción de la EGR.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que 20 el parámetro está ajustado basándose en un mapa predefinido que asocia la generación de óxidos de nitrógeno por parte del motor con el par suministrado por el motor y la velocidad del mismo.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende el cálculo (NH3 int.) de la cantidad de amoníaco almacenado en el convertidor, en el que dicho valor del desprendimiento potencial se calcula basándose en dicha cantidad de amoníaco. 25

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende el cálculo (NH3 alm.) de la capacidad máxima de almacenamiento de amoníaco del convertidor, basándose en un valor de la temperatura del catalizador.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la regulación del suministro de un reactivo capaz de generar amoníaco antes del convertidor. 30

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la proporción de saturación del catalizador con respecto al amoníaco se mantiene por encima del 60%.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en el que la proporción de saturación del catalizador con respecto al amoníaco puede alcanzar, por lo menos durante una parte del tiempo en que el motor está en funcionamiento, un valor de 80 y opcionalmente del 90%. 35

11. Sistema de control para un motor equipado con un sistema SCR para la reducción del contenido en óxidos de nitrógeno en los gases de escape de dicho motor, comprendiendo dicho sistema SCR un convertidor que contiene un catalizador situado en la tubería de escape de dicho motor, comprendiendo el sistema:

unos medios para calcular una condición requerida de los óxidos de nitrógeno en los gases de escape 40 que penetran en dicho convertidor;

unos medios para ajustar, basándose en dicha condición requerida, por lo menos un parámetro de funcionamiento del motor que afecte a la cantidad de óxidos de nitrógeno generados por el motor;

caracterizado porque comprende unos medios para medir la concentración de amoníaco a la salida de dicho convertidor o unos medios para calcular un valor del desprendimiento potencial de amoníaco por 45 parte del catalizador, y los medios para calcular calculan dicho requisito de óxido de nitrógeno basándose en dicha concentración o en dicho valor de desprendimiento potencial de amoníaco, respectivamente.

12. Sistema según la reivindicación 11, que comprende unos medios para regular el suministro de un reactivo capaz de generar amoníaco antes de dicho convertidor.

13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, adecuado para aplicar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

14. Motor diésel equipado con un sistema según cualquiera de las 5 reivindicaciones 11 a 13.

15. Programa informático para aplicar el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, si se ejecuta en un sistema electrónico de control según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13.

16. Vehículo equipado con un motor según la reivindicación 14. 10