Método de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape y sistema de tratamiento final de gases de escape.

Un método de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape (10) de un motor (100),

en el que se oxidan uno o más componentes, por ejemplo el NO, de los gases de escape en un catalizador de oxidación (20) y se desoxidan uno o más componentes, por ejemplo el NO y el NO2, de los gases de escape mediante un grupo de reacciones químicas posibles de diferentes tipos, entre uno o más componentes de los gases de escape y el material catalítico dispuesto en un catalizador de reducción catalítica selectiva (70), dichos gases de escape circulan desde el catalizador de oxidación (20) hacia el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), y dicho método consta de los pasos siguientes:

a) ajustar por lo menos una relación deseada entre el NO y el NO2 variando la velocidad espacial de los gases de escape por lo menos en el catalizador de oxidación (20);

b) variar la velocidad espacial de los gases de escape variando uno o más parámetros de funcionamiento del motor (100); y

c) estableciendo la relación en un valor que por lo menos se aproxime a la relación deseada entre el No y el NO2 en la entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva (70),

caracterizado porque la relación entre el NO y el NO2 se establece a partir de cálculos y mediciones de uno de los siguientes:

- la cantidad de carbonilla contenida en un filtro de partículas (60) dispuesto antes del catalizador de reducción catalítica selectiva (70), y la cantidad de NO2 generada en el filtro de partículas (60),

- la cantidad de NO2 generada en el catalizador de oxidación (20),

- la cantidad de azufre adsorbido en el catalizador de oxidación (20),

- la cantidad de amoníaco aportada al catalizador de reducción catalítica selectiva (70).

Método de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape y sistema de tratamiento final de gases de escape

La invención se refiere a un método de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape y a un sistema de tratamiento final de gases de escape con arreglo al preámbulo de las reivindicaciones independientes.

Tanto las partículas de carbón como los óxidos de nitrógeno, por ejemplo el NO y el N2, también llamados NOx, son emisiones típicas de los gases de escape de motores diesel. Las exigencias de reducir tales emisiones están aumentando y se han puesto en marcha estrategias técnicas para reducir las emisiones. En la patente europea EP 1 54 722 B1 se describe un sistema de tratamiento final de gases de escape que en el tubo de escape combina un filtro de partículas que recoge la carbonilla y con los catalizadores que reducen los óxidos de nitrógeno. Para eliminar la carbonilla se genera el N2 por oxidación de NO en un catalizador de oxidación. La carbonilla que se recoge en el filtro de partículas se oxida por acción del N2. Las cantidades residuales de NO y N2 de los gases de escape se reducen a gas nitrógeno en un catalizador de reducción catalítica selectiva (catalizador SCR) por inyección de amoníaco en dicho catalizador SCR. Se ajusta la proporción entre el N2 y el NO en los gases de escape empleando un catalizador de oxidación apropiado para actuar como catalizador SCR particular. Por ejemplo, los catalizadores de oxidación Pt/AI23 con diferentes contenidos de Pt producen diferentes proporciones N2/N. En el caso de un catalizador SCR de metal/zeolita, todo el NO debería oxidarse a N2 y en el caso de un catalizador SCR basado en tierras raras es deseable una proporción alta N2/N, mientras que en el caso de los catalizadores SCR basados en metales de transición se prefiere la generación de mezclas de NÓ2 y NO en lugar de los gases N2 o NO puros o predominantes.

El diseño del catalizador de oxidación por lo general ha de encontrar un compromiso entre la combustión pasiva óptima de la carbonilla en el filtro de partículas y la conversión óptima del NO y del N2 en el catalizador SCR. Por ejemplo, para ciertas cargas del motor solo se oxida una cantidad insuficiente de NO a N2, de ello resulta que el filtro de partículas se llenará de carbonilla y que la eficacia del catalizador SCR será baja, debido al exceso de NO. Para otras cargas del motor, la formación de N2 en el catalizador de oxidación será excesivamente alta, esto se traduce en un exceso de N2 en la unidad SCR, resultando de ello emisiones de N2 y de N2. La composición de los gases de escape varía mucho según las diferentes cargas del motor. Los procesos concomitantes recién descritos dan pie solamente a un estrecho intervalo satisfactorio de oxidación de la carbonilla y de conversión simultánea del NOx con respecto a la carga del motor y de las cantidades variables resultantes de los diferentes tipos de componentes de los gases de escape.

En el documento DE 1 25 35 555 A1 se describe un gas de escape después del sistema de tratamiento, formado por lo general por un catalizador de oxidación, un catalizador SCR y un filtro de partículas. Con el fin de controlar el funcionamiento del escape después del sistema de tratamiento se calcula el contenido de NOx o se mide directamente en la entrada del catalizador SCR, y en base a este contenido y a la temperatura del catalizador SCR se controla un pasadizo de desvío (by-pass), que está adaptado para dejar que los gases de escape puedan pasar sin contacto con el catalizador de oxidación, si fuera necesario.

Es objeto de la invención el proporcionar un método mejorado de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape para un amplio intervalo de cargas de motor y de composiciones de gases de escape. Otro objeto de la Invención consiste en proporcionar un sistema mejorado de tratamiento final de gases de escape, que pueda procesar los gases de escape producidos durante un amplio abanico de cargas de motor y composiciones de gases de escape.

Estos objetos de alcanzan con las características de las reivindicaciones independientes. Las demás reivindicaciones y la descripción definen las formas de ejecución ventajosas de la invención.

Según un primer aspecto de la invención se propone un método para el funcionamiento de un sistema de tratamiento final de gases de escape de un motor, en especial de un motor diesel, en el que uno o más componentes de los gases de escape se oxidan en un catalizador de oxidación y uno o más componentes de los gases de escape se desoxidan mediante un grupo de posibles reacciones químicas de diferentes tipos entre uno o más componentes de los gases de escape y el material catalítico dispuesto dentro del catalizador de reducción catalítica selectiva, en el que los gases de escape fluyen desde el catalizador de oxidación hacia el catalizador de reducción catalítica selectiva (SCR). El catalizador de oxidación puede ser un dispositivo separado o puede formar parte de un filtro de partículas diesel. Según la invención por lo menos se ajusta una relación o proporción deseada entre uno o más pares de uno o más componentes variando la velocidad espacial de los gases de escape en por lo menos el catalizador de oxidación; la velocidad espacial de los gases de escape se altera vahando uno o más parámetros del funcionamiento del motor; y se establece la relación con un valor por aproximación por lo menos con la relación deseada entre uno o más pares de uno o más componentes en la entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva.

De modo favorable es posible proporcionar en muchas condiciones de carga del motor una mezcla de gases de escape al catalizador SCR que permita la eliminación rápida y eficaz de los óxidos de nitrógeno de los gases de escape, al tiempo que se produce el N2 para oxidar la carbonilla atrapada en un filtro de partículas del tubo de salida de los gases de escape.

En general, en el diseño de un reactor químico, la velocidad espacial representa la relación entre el caudal volumétrico de alimentación y el volumen del reactor. La velocidad espacial indica cuántos volúmenes de reactor de alimentación pueden tratarse en una unidad de tiempo. Es posible cambiar el caudal de los gases de escape vahando el caudal de entrada de aire, que consume el motor.

SI puede establecerse la relación deseada entre los componentes de los gases de escape, se podrá intentar establecer la relación entre los componentes de tal manera que para una temperatura de reacción dada en el catalizador SCR se seleccione una reacción química específica entre el grupo de reacciones químicas posibles que pueden tener lugar entre los componentes de los gases de escape y el material del catalizador SCR, con lo cual la reacción química específica seleccionada tendrá una mayor probabilidad de realizarse que cualquier otra de las demás reacciones químicas.

Con preferencia, la velocidad espacial de los gases de escape puede alterarse variando el caudal de aire que entra en el motor. Existe un gran número de medidas posibles para variar el caudal de entrada de aire, que pueden aplicarse a título individual o en una combinación apropiada por lo menos de dos de tales medidas:

Es posible variar el caudal de entrada de aire variando la presión de entrada adoptando por lo menos una de estas medidas: ajustar la geometría de la turbina variable del caudal de entrada de aire, ajustar el regulador (de mariposa) del caudal de entrada de aire. SI se aplica una presión más alta, entonces se produce una mayor cantidad de gases de escape.

Como alternativa o de modo adicional, el caudal de entrada de aire puede alterarse variando una o más válvulas de entrada del motor. Cerrando una válvula de entrada, cuando el pistón se halla casi en lo más alto de su carrera, se tiene menos aire, si se compara con el cierre de la válvula cuando el pistón se halla próximo a su posición más baja. Como alternativa o de modo adicional, el caudal de entrada de aire can puede alterarse variando la cantidad de gases de escape en la recirculaclón de los mismos. El aumento de la cantidad de gases de escape en recirculación se traduce en menos aire fresco en el escape.

Cerca de las condiciones de carga máxima del motor hay solamente un espacio mínimo para variar el flujo de entrada de aire, ya que se necesita un caudal máximo de aire para conseguir una buena combustión del gasóleo que se ya Introducido en el motor. Por otro lado, la temperatura la temperatura normalmente es suficientemente alta para que el N2 y el NO alcancen el equilibrio en el catalizador de oxidación con independencia de la velocidad espacial de los gases de escape. Para las condiciones de carga... [Seguir leyendo]

1. Un método de trabajo de un sistema de tratamiento final de gases de escape (1) de un motor (1), en el que se oxidan uno o más componentes, por ejemplo el NO, de los gases de escape en un catalizador de oxidación (2) y se desoxidan uno o más componentes, por ejemplo el NO y el N2, de los gases de escape mediante un grupo de reacciones químicas posibles de diferentes tipos, entre uno o más componentes de los gases de escape y el material catalítico dispuesto en un catalizador de reducción catalítica selectiva (7), dichos gases de escape circulan desde el catalizador de oxidación (2) hacia el catalizador de reducción catalítica selectiva (7), y dicho método consta de los pasos siguientes:

a) ajustar por lo menos una relación deseada entre el NO y el N2 variando la velocidad espacial de los gases de escape por lo menos en el catalizador de oxidación (2);

b) variar la velocidad espacial de los gases de escape variando uno o más parámetros de funcionamiento del motor (1); y

c) estableciendo la relación en un valor que por lo menos se aproxime a la relación deseada entre el No y el N2 en la entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva (7),

caracterizado porque la relación entre el NO y el N2 se establece a partir de cálculos y mediciones de uno de los siguientes:

- la cantidad de carbonilla contenida en un filtro de partículas (6) dispuesto antes del catalizador de reducción catalítica selectiva (7), y la cantidad de N2 generada en el filtro de partículas (6),

- la cantidad de N2 generada en el catalizador de oxidación (2),

- la cantidad de azufre adsorbido en el catalizador de oxidación (2),

- la cantidad de amoníaco aportada al catalizador de reducción catalítica selectiva (7).

2. Un sistema de tratamiento final de gases de escape que contiene medios para llevar a cabo los pasos del método según la reivindicación 1.

3. Un programa informático almacenable en un medio que pueda leerse con un ordenador, formado por un código de programa adaptado para llevar a cabo todos los pasos del método de la reivindicación 1, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador