Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna.

Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape presentes en una línea de escape de un motor de combustión interna,

caracterizado por la estimación de la relación molar entre el dióxido de nitrógeno y el monóxido de nitrógeno a la entrada de medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno, estimación hecha a partir de una cartografía dependiente del tiempo de permanencia de los gases de escape en el catalizador de oxidación dispuesto aguas arriba de los medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno, estando construidos los citados medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno por medios de inyección de un reductor y un catalizador de reducción selectiva, aguas abajo de estos medios de inyección

Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna La presente invención concierne a un procedimiento de control de las emisiones contaminantes de un motor de combustión.

La utilización de combustible fósil como el petróleo o el carbón en un sistema de combustión, en particular el carburante en un motor, implica la producción en cantidad no despreciable de contaminantes que pueden ser descargados por el escape al medio ambiente y deterioros en éste. Entre estos contaminantes, los óxidos de nitrógeno (denominados NOX) plantean un problema particular puesto que se sospecha que estos gases son uno de los factores que contribuyen a la formación de las lluvias ácidas y a la deforestación. Además, los NOX están ligados a problemas de salud para los humanos y son un elemento clave de la formación de " smog " (nube de contaminación) en las ciudades. La legislación impone niveles de rigor creciente para su reducción y/o su eliminación de fuentes fijas o móviles.

Entre los contaminantes que los legisladores tienden a reglamentar de modo cada vez más estricto figuran igualmente el hollín u otros materiales en partículas que resultan esencialmente de una combustión incompleta del carburante, de modo más particular cuando el motor funciona con mezcla denominada pobre, es decir con un excedente de oxígeno (de aire) con respecto a la estequiometría de la reacción de combustión. Las mezclas pobres son habituales en los motores denominados diesel, cuyo encendido es obtenido por compresión.

Para estas dos grandes categorías de contaminantes, se ponen en práctica diferentes medios de descontaminación y estrategias de combustión.

Para limitar las emisiones de partículas, la tecnología de los filtros de partículas se generaliza poco a poco para todos los vehículos equipados con un motor diesel. Esta tecnología consiste esencialmente en forzar el paso de los gases de escape a través de los canales porosos de una estructura de nido de abeja de cerámica. El hollín así filtrado se acumula y se elimina en una operación de regeneración del filtro durante la cual aquél es quemado. Sin embargo, para obtener esta regeneración, es necesario aumentar la temperatura de los gases de escape, lo que se obtiene típicamente enriqueciendo estos con carburante (inyectado directamente en la línea de escape o en la cámara de combustión del motor, durante la fase de escape del ciclo de combustión) y/o aumentando la carga del motor. Por otra parte, para facilitar la combustión del hollín se utiliza un agente catalítico, estando depositado este agente de modo permanente en los canales del filtro, o siendo introducido como aditivo con el carburante, permitiendo esta última tecnología operar con temperaturas de combustión más bajas que las requeridas con filtros catalizados.

Para limitar las emisiones de NOx, la principal vía puesta en práctica en los vehículos actuales ha sido la reducción de las emisiones de la fuente, dicho de otro modo, operando el motor en condiciones tales que las tasas de NOx producidos sean inferiores a las tasas límites. Estas condiciones se consiguen especialmente gobernando de manera muy fina los diferentes parámetros del motor, comenzando por los parámetros de inyección de carburante y de reinyección en la admisión de una parte de los gases de escape, esto a fin de reducir la concentración de oxígeno favorable para la formación de los óxidos de nitrógeno.

Sin embargo, no es posible reducir drásticamente las emisiones en la fuente sin limitar ciertas prestaciones del motor. Por esta razón, se han propuesto diferentes soluciones para desnitrificar los gases de escape. Una solución que ha hecho prueba de su eficiencia especialmente para los vehículos de gran tonelaje es la conversión química por reducción de los óxidos de nitrógeno por medio de un agente reductor inyectado directamente en la línea de escape. Así, una solución de post-tratamiento que ha hecho prueba de su eficiencia es la utilización de una fuente de amoniaco (NH3) , tal como la urea acuosa. El amoniaco reacciona con los NOx en un catalizador para formar nitrógeno N2 inerte y agua H2O. Esta solución es conocida esencialmente con el nombre de su acrónimo inglés SCR de " Selective Catalytic Reduction ".

Un reductor utilizado comúnmente es el amoniaco, almacenado en forma de urea, siendo obtenido el amoniaco por termólisis / hidrólisis de la urea en la línea de escape, según las reacciones siguientes:

(NH2) 2CO → HNCO + NH3: termólisis a 120 º C (1)

HNCO + H2O → CO2 + NH3: hidrólisis a 180 º C (2)

El catalizador SCR es utilizado entonces para favorecer la reducción de los NOx por NH3 según las 3 reacciones

siguientes:

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (3)

2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (4)

8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O (5)

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Siendo a su vez el amoniaco un gas considerado como tóxico, es importante que la cantidad de urea inyectada esté en cualquier momento adaptada a la cantidad de óxidos de nitrógeno que haya que tratar.

Se excluye un simple control en bucle cerrado basado esencialmente en la información facilitada por un sensor de NOx dispuesto aguas abajo de la trampa de NOx para un motor que funciona de modo predominante en regímenes transitorios, como un motor de un vehículo automóvil.

Sin embargo, la cantidad de NOx puede ser estimada especialmente sobre la base de una cartografía de emisiones de óxidos de nitrógeno en función especialmente de las condiciones de funcionamiento del motor, dicho de otro modo, esencialmente en función de la demanda de régimen y de par.

Sin embargo, en la práctica, ajustar de modo preciso la cantidad de urea que hay que inyectar plantea numerosas dificultades. En efecto, el amoniaco disponible para la reacción es el que está " almacenado " en un instante dado en el catalizador. Cuanto más aumenta la temperatura de los gases de escape, menor será la capacidad del catalizador de almacenar amoniaco, compitiendo una reacción de desorción con la reacción de adsorción. Por el contrario, este aumento de la temperatura tiende a favorecer la cinética de la reacción, y por tanto a favorecer las reacciones de reducción. En estas condiciones, es difícil de obtener un perfecto control de las emisiones.

Así pues, sería deseable poder disponer de un medio para detectar en tiempo real un funcionamiento anormal del sistema SCR, sin por ello considerar que una deriva instantánea de las emisiones es necesariamente el signo de dicho mal funcionamiento.

Una de las dificultades para estimar el buen funcionamiento de un sistema SCR es que se conoce mal la naturaleza exacta de los gases que hay que tratar. En efecto, los NOx constituyen de hecho en parte monóxido de nitrógeno y en parte dióxido de nitrógeno, por considerar solamente las dos especies principales. Ahora bien, la capacidad de tratamiento depende de la relación entre estas dos especies.

Esta relación es muy difícil de medir incluso en banco de motor, procediendo la mayoría de los medios de análisis en una primera etapa a una oxidación total de los óxidos de nitrógeno. Se comprende entonces que es todavía más difícil evaluarla en tiempo real en un vehículo, puesto que el envejecimiento de por ejemplo algunos de los órganos del motor puede conducir a derivas de esta relación.

De acuerdo con la invención, se propone así un procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape presentes en una línea de escape de un motor de combustión interna, caracterizado por la estimación de la relación molar entre el dióxido de nitrógeno y el monóxido de nitrógeno, a la entrada de medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno, estimación hecha a partir de una cartografía dependiente del tiempo de permanencia de los gases de escape en un catalizador de oxidación dispuesto aguas arriba de los medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno, estando constituidos los citados medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno por medios de inyección de un reductor y un catalizador de reducción selectiva, aguas abajo de estos medios de inyección.

En una variante, el valor estimado a partir de la cartografía función del tiempo de permanencia de los gases de escape en el catalizador de oxidación DOC es corregido por un factor que depende del estado de envejecimiento del catalizador DOC.

En una variante, el factor de envejecimiento se define como la relación entre la duración acumulada de exposición por encima de una primera temperatura... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape presentes en una línea de escape de un motor de combustión interna, caracterizado por la estimación de la relación molar entre el dióxido de nitrógeno y el monóxido de nitrógeno a la entrada de medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los

óxidos de nitrógeno, estimación hecha a partir de una cartografía dependiente del tiempo de permanencia de los gases de escape en el catalizador de oxidación dispuesto aguas arriba de los medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno, estando construidos los citados medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno por medios de inyección de un reductor y un catalizador de reducción selectiva, aguas abajo de estos medios de inyección.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el valor estimado a partir de la cartografía función del tiempo de permanencia de los gases de escape en el catalizador de oxidación DOC es corregido por un factor que depende del estado de envejecimiento del catalizador DOC.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el factor de envejecimiento es definido como la relación entre la duración acumulada de exposición por encima de una primera temperatura crítica que provoca una degradación del catalizador de oxidación y una duración de referencia de exposición a la primera temperatura crítica, para la cual la degradación del catalizador es completa.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que cuando el catalizador de oxidación DOC es expuesto a una segunda temperatura crítica, superior a la primera temperatura crítica, los tiempos de exposición son multiplicados por un factor corrector superior a 1.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el tiempo de permanencia de los gases de escape en el catalizador de oxidación DOC es estimado a partir de la temperatura y de la presión de los gases de escape a la salida del catalizador de oxidación y del caudal de los gases de escape aguas arriba del catalizador de oxidación.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los citados medios de tratamiento de los gases que provocan una reducción de los óxidos de nitrógeno están constituidos por un filtro de partículas capaz de operar en un modo denominado de conversión continua.