Procedimiento de gestión de inyección de urea en un sistema con reducción catalítica selectiva.

Procedimiento de gestión de la inyección de urea en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno conreducción selectiva,

denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape (6) de un motor (2) devehículo automóvil (1), consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador (3), denominadocatalizador SCR, los óxidos de nitrógeno añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo elprocedimiento las etapas siguientes:

- se mide la temperatura de los gases en la línea de escape (6) del motor (2), aguas arriba del catalizador SCR(3),

- si la temperatura medida es superior a una temperatura mínima de inyección de 180 ºC, se manda unainyección de urea (3),

- si la temperatura medida es inferior a la temperatura mínima de inyección, se ponen en práctica las subetapassiguientes:

o se determina una masa de amoniaco almacenada en el catalizador SCR,

o se determina la cantidad de amoniaco necesaria para obtener una conversión de los óxidos denitrógeno superior a un valor predeterminado (m1),

o si la masa de amoniaco almacenada en el catalizador es inferior a esta cantidad necesaria, se mandala activación de un modo de calentamiento de los gases de escape, y una inyección de urea en elsistema.

- se determina una cantidad máxima (m2) de amoniaco almacenable en el catalizador SCR,

- se mide permanentemente la cantidad de amoniaco almacenada en el catalizador por modelación a partir dedatos predeterminados en función de parámetros de funcionamiento del vehículo, y

- si el modo de calentamiento de los gases de escape está activado cuando la cantidad almacenada llega a lacantidad máxima, se manda una desactivación de este modo de calentamiento.

Procedimiento de gestión de inyección de urea en un sistema con reducción catalítica selectiva La presente invención se sitúa en el ámbito de los sistemas de tratamiento de gases de escape instalados en los vehículos automóviles. De manera más precisa, la invención concierne a un procedimiento de gestión de la inyección de urea en un sistema de este tipo, que permita optimizar el funcionamiento del sistema de tratamiento. El procedimiento descrito aquí encuentra una aplicación particularmente ventajosa, pero no limitativa, en los sistemas de catálisis de los óxidos de nitrógeno emitidos por un motor, por reducción catalítica selectiva, denominada SCR.

El principio de un sistema de tratamiento SCR es reducir químicamente los óxidos de nitrógeno NOx añadiendo un agente reductor, tal como el amoniaco NH3 contenido en la urea o en cualquier otro agente reductor, por ejemplo AdBlue, o DeNOXIUM, o C-Blue, aguas arriba de un catalizador específico, denominado catalizador SCR. Tal sistema permite a los vehículos, especialmente a aquéllos equipados con motores diesel, respetar los niveles de emisión legalmente tolerados, siendo estos niveles cada vez más bajos.

Los óxidos de nitrógeno son, por ejemplo, monóxido de nitrógeno, dióxido de nitrógeno, o cualquier otro compuesto químico que comprenda moléculas de nitrógeno y de oxígeno.

En tal sistema, la urea inyectada en la línea de escape es convertida en amoniaco, en el transcurso de dos reacciones químicas sucesivas:

- una primera reacción de pirolisis (NH2) 2CO - HNCO + NH3, y

- una reaccion de hidrolisis HNCO + H2O - CO2 + NH3,

El amoniaco así obtenido reacciona entonces, en el catalizador SCR, con los óxidos de nitrógeno procedentes del motor. En función de la composición del flujo de escape, pueden tener lugar en el catalizador una o varias de las reacciones siguientes:

- una reacción, denominada estándar SCR, de reducción de los monóxidos de nitrógeno: 4 NH3 + 4 NO + O2 - N2 + 6 H2O,

- una reacción, denominada « fast SCR », de reducción de los monóxidos de nitrógeno y de los dióxidos de nitrógeno: 4 NH3 + 2 NO + 2 NO2 - 4 N2 + 6 H2O. Esta reacción es, ciertamente, más rápida que la reacción estándar, pero necesita una cantidad equivalente de monóxidos de nitrógeno y de dióxidos de nitrógeno, y

- una reacción de reducción del dióxido de nitrógeno únicamente, menos rápida que las precedentes: 8 NH3 + 6 NO2 - 7 N2 + 12 H2O.

Dadas las condiciones de reacción impuestas por estas reacciones químicas, aparece que uno de los retos principales de un buen funcionamiento de una reducción catalítica selectiva reside en la temperatura de los gases de escape. En efecto, esta temperatura debe ser suficientemente elevada:

- a nivel del inyector de urea, para permitir una buena descomposición de la urea en amoniaco, y

- a nivel del catalizador SCR, para permitir una catálisis correcta de los óxidos de nitrógeno.

En el estado de la tecnica (vease por ejemplo el documento US 2003/0036841 A1) , se conocen numerosos sistemas de tratamiento de los óxidos de nitrógeno que ponen en práctica amoniaco contenido en la urea líquida.

Tales sistemas ponen en práctica, por ejemplo, estrategias de inyección de urea en el transcurso de las cuales la urea es inyectada únicamente cuando la temperatura de la línea de escape es superior a un valor predeterminado. Tales sistemas, aunque son muy eficaces durante las fases de rodadura sobre largas distancias, o en vehículos tales como los camiones de gran tonelaje, se manifiestan a veces poco eficaces cuando son instalados en vehículos ligeros que ruedan en medio urbano. En efecto, en estas condiciones de rodaje, la temperatura de los gases de escape se mantiene relativamente baja, debido a la baja velocidad y a las paradas frecuentes del vehículo. En consecuencia, la inyección de agente reductor se considera a veces insuficiente para tratar correctamente los óxidos de nitrógeno emitidos por el motor.

Los catalizadores SCR, utilizados generalmente en los sistemas de tratamiento, son tales que estos pueden adsorber amoniaco. Así, en numerosos sistemas conocidos, cuando las condiciones de temperatura no permiten inyectar urea, es posible utilizar el amoniaco almacenado en el catalizador para poner en práctica las reacciones químicas de reducción de los óxidos de nitrógeno.

Sin embargo, en tales sistemas, es difícil controlar la cantidad de amoniaco almacenada en el catalizador. En este caso, el catalizador está a veces saturado de amoniaco, lo que puede conducir a un lanzamiento de amoniaco gaseoso a la atmósfera. Ahora bien, siendo el amoniaco un gas oloroso e irritante, tal desgasificación es molesta para los usuarios de vehículo.

En ciertos sistemas, se ha considerado igualmente calentar los gases de escape, permanentemente o en el arranque, a fin de garantizar continuamente una temperatura suficiente. Sin embargo, estos sistemas presentan generalmente el mismo inconveniente que el anteriormente descrito, a saber el de provocar regularmente desgasificaciones de amoniaco a la atmósfera. Además, los procedimientos de calentamiento puestos en práctica son grandes consumidores de energía, lo que conduce a un consumo relativamente importante en el motor.

Así pues, la presente invención tiene por objeto poner remedio a todos o a parte de estos inconvenientes, proponiendo una estrategia de gestión de la inyección de urea acoplada a un dispositivo de calentamiento de los gases de escape, a fin de garantizar un tratamiento óptimo de los óxidos de nitrógeno al tiempo que se limite el consumo de carburante en el vehículo.

Así, la invención concierne a un procedimiento de gestión de la inyección de urea en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno con reducción selectiva, denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape de un motor de vehículo automóvil, consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador, denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno añadiendo amoniaco contenido en la urea. El procedimiento comprende las etapas siguientes:

- se mide la temperatura de los gases en la línea de escape del motor, aguas arriba del catalizador SCR,

- si la temperatura medida es superior a un valor mínimo predeterminado, denominado temperatura mínima de inyección, se manda una inyección de urea,

- si la temperatura medida es inferior a la temperatura mínima de inyección, se ponen en práctica las subetapas siguientes:

o se determina una masa de amoniaco almacenada en el catalizador SCR,

o se determina la cantidad de amoniaco necesaria para obtener una conversión de los óxidos de nitrógeno superior a un valor predeterminado,

o si la masa de amoniaco almacenada en el catalizador es inferior a esta cantidad necesaria, se manda la activación de un modo de calentamiento de los gases de escape, y una inyección de urea en el sistema.

En lo que sigue de la descripción, se utilizará la noción de fase caliente y de fase fría, que corresponden a fases de funcionamiento del vehículo definidas en función de la temperatura de los gases en la línea de escape.

Un catalizador de tipo SCR tiene una capacidad de almacenamiento del amoniaco. Es posible entonces establecer un principio de inyección de reductor que consiste en inyectar el reductor en las fases calientes, a fin de permitir, por una parte, la reducción de los óxidos de nitrógeno por reacción con el amoniaco y, por otra, el almacenamiento del amoniaco en el catalizador.

Esta inyección de reductor en fase caliente es permitida gracias a la primera etapa del procedimiento, en el transcurso de la cual se mide la temperatura de los gases en la línea de escape, esto a fin de determinar si el sistema se encuentra en una fase caliente, o fría.

Se ha constatado que las reacciones químicas puestas en juego en un proceso de reducción catalítica selectiva necesitaban una temperatura de los gases superior a 180 DC para ser efectuadas en buenas condiciones. Una fase caliente será definida por tanto, por ejemplo, como una fase en el transcurso de la cual la temperatura de los gases es superior a este valor de 180 DC.

Asi, en un modo de realizacion ventajoso de la invencion, la temperatura minima de inyeccion esta fijada en 180 DC.

De acuerdo con el mismo principio, en el transcurso de las fases frías, se detiene la inyección de urea, y se utiliza el amoniaco almacenado en el catalizador SCR para la reducción de los óxidos de nitrógeno. Una fase fría corresponde, por ejemplo, a una fase de ralentí del vehículo.

Sin embargo, la cantidad de amoniaco... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de gestion de la inyeccion de urea en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno con reduccion selectiva, denominada SCR, destinado a ser instalado en la linea de escape (6) de un motor (2) de vehiculo automovil (1) , consistiendo el tratamiento en reducir quimicamente, en un catalizador (3) , denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

- se mide la temperatura de los gases en la linea de escape (6) del motor (2) , aguas arriba del catalizador SCR (3) ,

- si la temperatura medida es superior a una temperatura minima de inyeccion de 180 DC, se manda una inyección de urea (3) ,

- si la temperatura medida es inferior a la temperatura mínima de inyección, se ponen en práctica las subetapas siguientes:

o se determina una masa de amoniaco almacenada en el catalizador SCR,

o se determina la cantidad de amoniaco necesaria para obtener una conversión de los óxidos de nitrógeno superior a un valor predeterminado (m1) ,

o si la masa de amoniaco almacenada en el catalizador es inferior a esta cantidad necesaria, se manda la activación de un modo de calentamiento de los gases de escape, y una inyección de urea en el sistema.

- se determina una cantidad máxima (m2) de amoniaco almacenable en el catalizador SCR,

- se mide permanentemente la cantidad de amoniaco almacenada en el catalizador por modelación a partir de datos predeterminados en función de parámetros de funcionamiento del vehículo, y

- si el modo de calentamiento de los gases de escape está activado cuando la cantidad almacenada llega a la cantidad máxima, se manda una desactivación de este modo de calentamiento.

2. Procedimiento de acuerdo con al reivindicacion 1, en el cual la cantidad maxima de amoniaco corresponde a una cantidad por encima de la cual se asiste a una desorción del amoniaco.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la etapa de mando de una activación y/o desactivación de un modo de calentamiento comprende una modificación de al menos un parámetro del motor que tenga una influencia sobre la temperatura de los gases de escape.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el parámetro del motor está comprendido en el grupo que comprende una tasa de circulación de los gases de escape, una fase de inyección de carburante y una cantidad de carburante inyectada.