Procedimiento de inyección de un agente reductor en una línea de escape.

Procedimiento de inyección de agente reductor en una línea de escape (22) de un motor,

siendo el agentedestinado a ser utilizado para reducir químicamente, durante una reacción de reducción catalítica selectiva,denominada SCR, de los óxidos de nitrógeno emitidos por el motor, la inyección (25) siendo efectuada aguas arribade un catalizador (21) en el cual tiene lugar la reacción, conteniendo el agente reductor amoníaco o transformándoseen amoníaco durante una reacción química, y el procedimiento incluye las siguientes etapas:

- se inyecta una cantidad de agente reductor (25), denominada cantidad que se debe inyectar, en la línea deescape (22) del motor,

- se efectúa una medida de las emisiones de gas en la salida del catalizador SCR, utilizando un captador (24)sensible a los óxidos de nitrógeno y al amoníaco,

- se evalúa la estabilidad de la señal eléctrica de salida del captador (24) en un período temporalpredeterminado,

- se determina, en función de esta estabilidad, la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador (21),

- en función de la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador (21), se controla una modificaciónde la cantidad de agente reductor que se debe inyectar (25).

caracterizado porque cuando la señal es estable, se determina que el gas detectado es un óxido de nitrógeno, y que,cuando la señal presenta variaciones bajo la forma de oscilaciones, se determina que el gas detectado es amoníaco.

Procedimiento de inyección de un agente reductor en una línea de escape.

La presente invención se refiere a un procedimiento de inyección de agente reductor en la línea de escape de un motor, más concretamente de un motor instalado en un vehículo automóvil de tipo Diesel.

En un motor de vehículo de tipo Diesel, la combustión del carburante tiene como consecuencia la creación de gas tal como el monóxido de nitrógeno (NO) , el dióxido de nitrógeno (NO2) o también el óxido de dinitrógreno (N20) .

Estos gases, conocidos generalmente bajo el nombre de óxidos de nitrógeno (Nox) presentan un peligro, por una parte para la salud de los seres humanos, y por otra parte para el medio ambiente puesto que contribuyen a la formación de niebla de contaminación en las ciudades, y al recalentamiento del planeta aumentando el efecto invernadero. En consecuencia, es necesario prever soluciones para destruir estos gases, antes de que se emitan a la atmósfera. El tratamiento de estos gases en los vehículos es, por otra parte, severamente reglamentado por distintas normas.

Para destruir químicamente estos óxidos de nitrógeno antes de su escape a la atmósfera, se conoce efectuar una reducción de tipo reducción catalítica selectiva, denominada SCR. A tal efecto, es posible utilizar distintos agentes reductores, entre los cuales los más eficaces son los agentes que contienen amoníaco, o que se transforman en amoníaco durante una reacción química.

Así, en un proceso de tratamiento de los óxidos de nitrógeno que utilizan un agente reductor que contiene amoníaco, se asiste en primer lugar a una descomposición de este agente en amoníaco, seguido de una reducción de los óxidos de nitrógeno por este amoníaco, efectuada en un catalizador específico, denominado catalizador SCR.

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

- una reacción, denominada estándar SCR, de reducción de los monóxidos de nitrógeno:

NH3 + 4 NO + O2

4 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, seguramente, más rápida que la reacción estándar, pero requiere una cantidad equivalente en monóxidos de nitrógeno y en dióxidos de nitrógeno.

Habida cuenta de estas ecuaciones, parece que un medio seguro para evitar cualquier liberación de óxidos de nitrógeno en la atmósfera consistiría en inyectar una cantidad de amoníaco superior a las cantidades estequiométricas, con el fin de garantizar un cumplimiento total de las reacciones de reducción.

Tal solución, aunque permite un tratamiento correcto de los óxidos de nitrógeno emitidos en la salida del motor, presenta el inconveniente principal de correr el riesgo de causar liberaciones de amoníaco poco deseables. En efecto, así tal como se menciona anteriormente, el amoníaco es un gas irritante, maloliente, o incluso tóxico a ciertas concentraciones, y no es, por lo tanto, posible que una liberación de tal gas se produzca en la proximidad de un usuario del vehículo, o de cualquier otra persona cercana.

Por lo tanto, se estableció, en la mayoría de los sistemas de postratamiento de reducción catalítica selectiva, de los dispositivos que permiten administrar la inyección de amoníaco, de tal modo que garantice un compromiso correcto entre una inyección suficiente para reducir correctamente los óxidos de nitrógeno, y una inyección limitada con el fin de evitar cualquier fuga de amoníaco.

Se conoce, por ejemplo en la solicitud de patente de EE.UU. nº 2003/051468, dispositivos que utilizan un captador de gas, situado en la salida del catalizador, y que permiten medir las cantidades de gases emitidas. Los captadores elegidos son generalmente sensibles a la vez a los óxidos de nitrógeno, denominados Nox, y al amoníaco NH3. Tal captador será designado por la expresión “captador Nox/NH3” de aquí en adelante de la descripción.

En este tipo de dispositivo, la señal de salida del captador se transmite a un calculador electrónico encargado de la gestión de la inyección. A partir de esta señal, el calculador está en condiciones de determinar la cantidad de gas emitida en la salida del catalizador y medida por el captador. El calculador compara entonces esta cantidad con un modelo predeterminado, con el fin de detectar una eventual divergencia, y de modificar la consigna de inyección para reducir esta divergencia. No obstante, el único valor de la señal eléctrica no permite determinar la naturaleza del gas emitido, sino solamente la cantidad. En consecuencia, el calculador se ve en la obligación, para controlar una modificación de la inyección de agente reductor, de hacer una suposición en cuanto a la naturaleza del gas emitido.

Así, en un vehículo provisto de tal dispositivo, en el caso en que se logra una cantidad muy importante de amoníaco en la salida del catalizador, se emplean las secuencias descritas con la ayuda de la figura 1, que representa la variación de la cantidad de gas emitida 10 en función de la cantidad 11 de agente reductor inyectado en la línea de escape:

- El captador detecta la presencia de un gas, óxido de nitrógeno o amoníaco, en la salida del catalizador, y emite una señal eléctrica 12 representativa de la cantidad de gas emitida.

- El calculador constata que la cantidad medida, representada en el punto 13, es superior a una cantidad predeterminada 14. Ahora bien, a partir de esta cantidad 13, que es un valor absoluto, el calculador no está en condiciones de determinar si se trata de una cantidad de óxidos de nitrógeno, que correspondería a la parte izquierda de la curva 12, o una cantidad de amoníaco, tal como se representa en la figura 1 en el punto 13.

- El calculador supone que el gas emitido es un óxido de nitrógeno, y concluye, por lo tanto, que es necesario aumentar la cantidad de agente reductor inyectada en el sistema.

- En respuesta a este aumento de inyección, la cantidad de gas medida por el captador aumenta, lo que pone de manifiesto que la suposición sobre la naturaleza del gas era incorrecta, puesto que si hubiera sido correcta, el excedente de óxido de nitrógeno se habría reducido gracias al amoníaco inyectado de manera más importante.

- Habida cuenta de este error, el calculador concluye que el gas emitido es amoníaco, y controla una disminución de la inyección, con el fin de alcanzar el nivel predeterminado.

Esta descripción de las distintas etapas efectuadas en el vehículo evidencia una serie de inconvenientes relativamente molestos en este sistema:

- es necesario intervenir sobre la consigna de la inyección para conocer el tipo de gas emitido,

- aunque la inyección se regula correctamente después del desarrollo de las distintas secuencias, se emite una cantidad relativamente importante de amoníaco durante el proceso de regulación, lo que plantea problemas en términos de medio ambiente y de comodidad del usuario,

- el empleo de la detección de liberación no deseada de NH3 es relativamente lento.

La invención tiene por objeto remediar, al menos en parte, estos inconvenientes, proponiendo un procedimiento de gestión de la inyección de urea que permite detectar la naturaleza del gas emitido en la salida sin que sea necesario intervenir sobre la inyección de agente reductor, y que permite así no actuar sobre esta inyección más que para corregir las derivas.

De manera más precisa, la invención se refiere a un procedimiento de inyección de agente reductor en una línea de escape de un motor, siendo el agente reductor destinado a ser utilizado para reducir químicamente, durante una reacción de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, los óxidos de nitrógeno emitidos por el motor, siendo la inyección efectuada aguas arriba de un catalizador en el cual tiene lugar la reacción, conteniendo el agente reductor amoníaco o transformándose en amoníaco durante una reacción química.

Se constató que la señal eléctrica de salida de un captador sensible a varios gases, por ejemplo sensible a los óxidos de nitrógeno y al amoníaco, presenta variaciones diferentes en función de la naturaleza del gas detectado.

En consecuencia, la invención parte de esta comprobación proponiendo un procedimiento caracterizado porque incluye las siguientes etapas:

- se inyecta una cantidad de agente reductor, denominada cantidad que se debe inyectar, en la línea... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de inyección de agente reductor en una línea de escape (22) de un motor, siendo el agente destinado a ser utilizado para reducir químicamente, durante una reacción de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, de los óxidos de nitrógeno emitidos por el motor, la inyección (25) siendo efectuada aguas arriba de un catalizador (21) en el cual tiene lugar la reacción, conteniendo el agente reductor amoníaco o transformándose en amoníaco durante una reacción química, y el procedimiento incluye las siguientes etapas:

- se inyecta una cantidad de agente reductor (25) , denominada cantidad que se debe inyectar, en la línea de escape (22) del motor,

- se efectúa una medida de las emisiones de gas en la salida del catalizador SCR, utilizando un captador (24) sensible a los óxidos de nitrógeno y al amoníaco,

- se evalúa la estabilidad de la señal eléctrica de salida del captador (24) en un período temporal predeterminado,

- se determina, en función de esta estabilidad, la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador (21) ,

- en función de la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador (21) , se controla una modificación de la cantidad de agente reductor que se debe inyectar (25) .

caracterizado porque cuando la señal es estable, se determina que el gas detectado es un óxido de nitrógeno, y que, cuando la señal presenta variaciones bajo la forma de oscilaciones, se determina que el gas detectado es amoníaco.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el período predeterminado sobre el cual se evalúa la estabilidad de la señal se comienza durante la primera inyección de urea, o durante una modificación de la cantidad de urea que se debe inyectar.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque incluye la etapa, para determinar la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador (21) , comparar la estabilidad de la señal con datos de referencia, registrados en una memoria de un calculador destinado a emplear el procedimiento.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual, cuando el gas detectado en la salida del catalizador (21) es un óxido de nitrógeno, se controla un aumento de la cantidad de agente reductor que se debe inyectar.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual, cuando el gas detectado en la salida del catalizador (21) es amoníaco, se controla una disminución de la cantidad de agente reductor que se debe inyectar.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende la etapa preliminar de determinar una cantidad de agente reductor inicial que se debe inyectar durante el primer empleo del procedimiento.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende la etapa después de haber determinado la naturaleza del gas presente en la salida del catalizador, determinar la cantidad de este gas, y utilizar esta cantidad para determinar la modificación de inyección de agente reductor que se debe controlar.

8. Sistema de inyección de agente reductor en una línea de escape (22) de un motor, siendo el agente reductor destinado a ser utilizado para reducir químicamente, durante una reacción de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, los óxidos de nitrógeno emitidos por el motor, conteniendo el agente reductor amoníaco o transformándose en amoníaco durante una reacción química, e incluyendo el dispositivo los siguientes elementos:

- un inyector (20) , situado aguas arriba de un catalizador a reducción catalítica selectiva,

- un captador de gas (24) , instalado en salida de catalizador (21) , sensible a los óxidos de nitrógeno y al amoníaco, y

- un calculador electrónico, que incluye

• medios para evaluar la estabilidad de la señal eléctrica de salida del captador (24) en un período temporal predeterminado,

• medios para determinar, a partir de esta estabilidad, la naturaleza del gas liberado en la salida del catalizador (21) , a saber que cuando la señal es estable, determinan que el gas detectado es un óxido de nitrógeno, y que, cuando la señal presenta variaciones bajo la forma de oscilaciones, determinan

que el gas detectado es amoníaco,

• medios para controlar una modificación de la cantidad de agente reductor que se debe inyectar en función de la naturaleza del gas determinada.

9. Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios para determinar, a partir de la estabilidad de la señal, la naturaleza del gas liberado en la salida del catalizador (21) , son aptos para representar la señal estable bajo la forma de una función matemática cuya primera derivada es nula o muy próxima a cero, y para representar la señal que presenta variaciones bajo la forma de una función matemática cuya primera derivada es a su vez positiva o negativa.

Figura 1

Figura 2

Ciclo de caracterización

Figura 3a

Post (1=> activo)

NOx (ppm, ) Temperatura (ºC)

Post (1=> activo)

NOx (ppm, ) Temperatura (ºC)

Figura 3b