ES2341653T3 - Metodo, dispositivo y producto programa de ordenador para el diagnostico de un catalizador de oxidacion. - Google Patents
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Abstract
Método de diagnóstico para llevar a cabo durante el funcionamiento a bordo de un vehículo y para un catalizador de oxidación (5, 25), para la oxidación de NO en NO2, dispuesto en un vehículo dotado de un motor de combustión interna (1), que durante su funcionamiento emite gases de escape hacia un sistema (2) de post-tratamiento de gases de escape, comprendiendo, como mínimo, el mencionado catalizador de oxidación (5, 25), un catalizador reductor de NOx (4, 26) y/o un filtro de partículas (6, 26) dispuesto más abajo de dicho catalizador de oxidación, de manera que se añade una cantidad predeterminada de un agente reductor al sistema (2, 22) de post-tratamiento de gases de escape durante, como mínimo, un intervalo de tiempo predeterminado, más arriba del catalizador de oxidación y porque uno de los contenidos de NOx y NO2 es medido más abajo del catalizador de oxidación (5, 25), conjuntamente con lo cual el procedimiento se caracteriza por las siguientes etapas: - una primera medición (S2, S31) y un registro de un primer valor (m11, m31) para uno de dichos contenidos de NOx o de NO2 son realizados en un momento de tiempo inmediatamente anterior al suministro del agente reductor al sistema (2, 22) de post-tratamiento de gases de escape; - una segunda medición (S4, S33) y un registro de un segundo valor (m12, m32) para uno de dichos contenidos de NOx o de NO2 son realizados en un momento de tiempo durante el periodo cuando el agente reductor es suministrado al sistema (2, 22) de post-tratamiento de gases de escape, en el que el suministro del agente reductor contamina temporalmente dicho catalizador de oxidación, de manera que la cantidad de NO2 producida en el catalizador de oxidación es despreciable; - se realiza una comparación (S6, S35) entre el primer y segundo valores antes mencionados, conjuntamente con la cual se obtiene una indicación del funcionamiento defectuoso del catalizador de oxidación (5, 25) cuando la diferencia entre los valores medidos que se han mencionado es menor de un primer valor predeterminado (k11, k31).
Description
Método, dispositivo y producto programa de
ordenador para el diagnóstico de un catalizador de oxidación.
La presente invención da a conocer un
procedimiento para el diagnóstico de la función de una catalizador
de oxidación, para la conversión de NO en NO_{2}, durante el
funcionamiento a bordo de un vehículo, cuyo catalizador de
oxidación está dispuesto en un vehículo que comprende un motor de
combustión interna que durante su funcionamiento emite gases hacia
un sistema de post-tratamiento de gases de escape
que comprende el mencionado catalizador de oxidación.
La presente invención da a conocer también un
vehículo accionado por un motor que comprende un motor de combustión
interna el cual, durante su funcionamiento, emite gases de escape
hacia un sistema de post-tratamiento de dichos
gases que comprende un catalizador de oxidación para la oxidación de
NO a NO_{2}, un dispositivo de inyección para la inyección de un
agente reductor en el sistema de post-tratamiento de
gases de escape más arriba del catalizador de oxidación, un
catalizador para la reducción de NO_{x}- y/o un filtro de
partículas dispuesto más abajo del catalizador de oxidación, un
detector de gases dispuesto, como mínimo, más abajo del catalizador
de oxidación y una unidad de control para registrar señales
procedentes del detector de gases y para controlar, como mínimo, el
dispositivo de inyección.
La presente invención da a conocer también un
producto de programa de ordenador que comprende un programa de
ordenador destinado a llevar a cabo dicho procedimiento mediante un
ordenador.
Las exigencias normativas respecto a motores
diésel se han hecho más rígidas y lo serán todavía más, en
particular con respecto a las emisiones de compuestos de óxido de
nitrógeno y de partículas. La cantidad de óxido de nitrógeno
formado durante la combustión del combustible en un cilindro de un
motor depende de la temperatura durante la combustión. Las
temperaturas más elevadas llevan a la conversión de una proporción
mayor del nitrógeno presente en el aire en óxidos de nitrógeno. Los
catalizadores utilizados en motores diésel y en otros motores que
funcionan con un exceso de aire son, en su mayor parte,
catalizadores de oxidación. Dado que los gases de escape contienen
oxígeno, es difícil reducir los óxidos de nitrógeno con elevada
selectividad. Además de los óxidos de nitrógeno, las emisiones no
deseables de monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y
partículas, entre otros, se forman también durante el proceso de
combustión principalmente en forma de hollín (C).
Un procedimiento que se ha dado a conocer con
anterioridad para la reducción de la cantidad de óxidos de nitrógeno
y que se basa en el post-tratamiento de los gases de
escape es el LNA (Lean NO_{x} Adsorber) (Adsorbedor de NO_{x}
Pobre), adsorbedor de NO_{x}. Se puede hacer referencia al LNA
asimismo como LNT (Lean NO_{x} Trap) (Retención de NO_{x}
Pobre). El método se basa en oxidar en primer lugar NO a NO_{2} en
un catalizador de oxidación, después de lo cual el NO_{2} es
almacenado en el dispositivo de adsorción o adsorbedor en forma de
nitratos. El almacenamiento de NO_{2} tiene lugar cuando el motor
funciona con un exceso de oxígeno. La regeneración del adsorbedor
de NO_{x} (catalizador reductor de NO_{x}) tiene lugar de forma
intermitente a intervalos predeterminados al hacer que el motor
funcione con deficiencia de oxígeno, es decir, con la añadidura de
hidrocarburos adicionales (agente reductor) y/o un flujo de aire
reducido, que desestabiliza los nitratos y reduce el dióxido de
nitrógeno, NO_{2}, atrapado en el adsorbedor de NO_{x} en
nitrógeno N_{2} y agua H_{2}O. Ver, por ejemplo, los documentos
US 5473887 ó 6718757. Tanto el almacenamiento como la regeneración
requieren que la temperatura del adsorbedor de NO_{x} sea
suficientemente elevada (más de 200ºC para el almacenamiento y
aproximadamente 300ºC para la regeneración). A bajas cargas del
motor (por ejemplo conducción urbana de un vehículo comercial
descargado), la temperatura de los gases de escape no será
suficiente para mantener al adsorbedor de NO_{x} a la temperatura
necesaria. Una forma de obligar el aumento de temperatura hasta el
nivel apropiado consiste en inyectar hidrocarburos en los gases de
escape que, a continuación, son quemados catalíticamente en el
adsorbedor de NO_{x}, de manera que se consiguen las temperaturas
adecuadas. Los hidrocarburos tienen una influencia negativa en la
formación útil de NO_{2}, con lo que la conversión total de
óxidos de nitrógeno en el sistema de gases de escape disminuye
durante el calentamiento. De acuerdo con las técnicas anteriores,
es posible controlar la inyección de manera tal que los
hidrocarburos contaminen a todos los efectos el catalizador de
oxidación de manera total, de manera que la formación de NO_{2} en
el catalizador de oxidación es, en principio,
inexistente.
inexistente.
Si el catalizador de oxidación, por unas u otras
razones, tiene dificultades en la función de formación de NO_{2},
se almacenará una cantidad de NO_{2} reducida en el adsorbedor de
NO_{x} y se liberará una cantidad incrementada de NO_{x} a la
atmósfera.
De manera conjunta con el suministro de
hidrocarburos, esto puede tener lugar como inyección adicional
(post-inyección) con una válvula de escape abierta
en el motor o mediante un inyector dispuesto en el conducto
de
escape.
escape.
Otro método de post-tratamiento
de gases de escape que se ha dado a conocer con anterioridad, para
el que es fundamental la formación de NO_{2} mediante un
catalizador de oxidación, es el CRT^{TM} (Continously
Regenerating Trap) (Retención con Regeneración Continua). Las
partículas, es decir, el hollín y compuestos de azufre, por
ejemplo, son recogidas en un retenedor en el que el hollín puede ser
transformado en dióxido de carbono CO_{2}. El NO_{2} funciona
en este caso como agente de oxidación conjuntamente con la
conversión de las partículas. A efectos de asegurar que la
combustión del hollín tiene lugar con ayuda de NO_{2}, la
temperatura del sistema de post-tratamiento de gases
de escape debe encontrarse por encima de 250ºC. También en este
caso, la temperatura en el sistema de
post-tratamiento de gases de escape puede ser
incrementada a un nivel apropiado con la ayuda de la añadidura de
hidrocarburos que se queman en el catalizador.
Si el catalizador de oxidación en el CRT, por
unas u otras razones, tiene una función de formación de NO_{2}
deteriorada, se oxidará una cantidad reducida de hollín en el filtro
de partículas, lo que significa que existe el riesgo de que el
filtro de partículas se pueda sobrecargar y que a una temperatura
suficientemente elevada en el filtro de partículas se pueda
producir el encendido del hollín, que gracias a la cantidad elevada
de hollín que se quema puede desarrollarse de forma tal que el
filtro de partículas pueda quedar dañado.
Otras técnicas de
post-tratamiento de gases de escape que se han dado
a conocer con anterioridad en las cuales es fundamental la
formación de NO_{2} son:
- LCN (Lean NO_{x} Catalyst) (catalizador
NO_{x} pobre) en el que los óxidos de nitrógeno son reducidos de
forma continua en condiciones de riqueza de oxígeno.
- Filtros de partículas recubiertos con
"washcoat" (recubrimiento delgado).
- Reducción basada en urea o amoniaco SCR
(Selective Catalyst Reduction) (Reducción selectiva por catalizador)
por reducción de NO_{x}; ver por ejemplo el documento US
5540047.
- SCR basado en hidrocarburos (basado en HC)
(Selective Catalyst Reduction) (Reducción Selectiva por
Catalizador).
A efectos de garantizar el funcionamiento y,
como consecuencia, que se cumplan las exigencias reglamentarias, se
llevan a cabo varios diagnósticos a bordo del vehículo y durante el
funcionamiento del mismo en piezas del sistema de
post-tratamiento de gases de escape o en el conjunto
del mismo. El documento EP 1174601 muestra un ejemplo de un método
de diagnóstico para el sistema de post-tratamiento
de gases de escape basados en mediciones de temperatura. Una
cantidad predeterminada de hidrocarburo HC es inyectada
periódicamente. La exotermia es medida con un detector de
temperatura, es decir, se lleva a cabo el registro de la temperatura
de apagado y en base a la temperatura medida se toma una decisión
con respecto a si el sistema de post-tratamiento de
gases de escape tiene un funcionamiento defectuoso o no.
El objetivo de la presente invención es el de
diagnosticar el catalizador de oxidación y su formación de NO_{2}
a bordo del vehículo y durante el funcionamiento en el mismo, de
manera que se puede identificar cualquier funcionamiento defectuoso
a tiempo y se pueden reducir de esta manera las emisiones no
deseables de los gases de escape.
La solución al problema, de acuerdo con la
invención, se describe con respecto al procedimiento, según la
invención, en la reivindicación 1 y también hace referencia al
dispositivo, de acuerdo con la invención, según la reivindicación
7. Otras reivindicaciones dependientes de la patente describen
realizaciones preferentes y desarrollos del procedimiento, de
acuerdo con la invención, y el dispositivo, respectivamente. Las
reivindicaciones 13 y 14 describen un producto de programa de
ordenador que comprende un código de programa, de acuerdo con el
procedimiento de la reivindicación 1.
El procedimiento, de acuerdo con la invención,
comprende un procedimiento de diagnóstico que se lleva a cabo
durante el funcionamiento a bordo del vehículo y para un catalizador
de oxidación, para la oxidación de NO en NO_{2}, dispuesto en un
vehículo dotado de un motor de combustión interna que durante su
funcionamiento emite gases de escape hacia el sistema de
post-tratamiento de gases de escape, comprendiendo,
como mínimo, el mencionado catalizador de oxidación y un
catalizador reductor de NO_{x} y/o un filtro de partículas
dispuesto más abajo del catalizador de oxidación y una cantidad
predeterminada de un agente reductor es suministrada al sistema de
post-tratamiento de gases de escape durante, como
mínimo, un intervalo de tiempo predeterminado más arriba del
catalizador de oxidación y se mide uno de los contenidos de NO_{x}
y NO_{2} más abajo del catalizador de oxidación. El procedimiento
se caracteriza por las siguientes etapas:
- una primera medición y registro se realizan de
un primer valor del contenido de NO_{x} o de NO_{2} en un
momento de tiempo inmediatamente anterior al suministro del agente
de reducción al sistema de post-tratamiento de
gases de escape;
- una segunda medición y registro son realizados
de un segundo valor para el contenido de NO_{x} o NO_{2} en un
momento de tiempo durante el periodo cuando el agente de reducción
es suministrado al sistema de post-tratamiento de
gases de escape y contamina el catalizador de oxidación antes
mencionado;
- se realiza una comparación entre el primer y
el segundo valores antes mencionados, en relación con lo cual se
obtiene una indicación de la función defectuosa del catalizador de
oxidación cuando la diferencia entre los valores medidos que se han
mencionado es menor que un primer valor predeterminado.
Una ventaja que se consigue con el
procedimiento, de acuerdo con la invención, es que la oxidación de
la función del catalizador se puede diagnosticar de manera continua
cuando el vehículo se encuentra en funcionamiento y se obtiene una
indicación en el caso de que la función de oxidación del catalizador
sea defectuosa. Se obtiene una función de
post-tratamiento de los gases de escape más estable
de esta manera y se puede asegurar que se hacen mínimas las
emisiones de gases de escape indeseables.
La invención comprende también un dispositivo en
forma de un vehículo impulsado a motor con un sistema de
post-tratamiento de gases de escape en el que el
catalizador de oxidación es diagnosticado, de acuerdo con la
presente invención.
Las ventajas conseguidas con el dispositivo, de
acuerdo con la invención, son iguales que con el procedimiento de
acuerdo con la invención.
En una realización alternativa del
procedimiento, según la invención, la diferencia es comparada
también con un segundo valor predeterminado, de manera que el
segundo valor predeterminado corresponde a un límite para la
emisión de gases de escape permisibles, como máximo. Si la
diferencia es mayor que el segundo valor predeterminado y menor que
el primer valor predeterminado, la indicación antes mencionada
tendrá lugar conjuntamente con el siguiente servicio de
mantenimiento regular del vehículo.
Una ventaja de lo indicado es que el flujo de
información al conductor del vehículo es reducido y que la
inspección en talleres de reparaciones del sistema de
post-tratamiento de gases de escape puede tener
lugar de manera más efectiva en cuanto a costes.
En otra realización alternativa del
procedimiento y dispositivo, según la invención, cuando se dispone
un filtro de partículas más abajo del catalizador de oxidación, en
relación con el cual la diferencia es comparada con un segundo
valor predeterminado, si la diferencia es menor que dicho valor
predeterminado, se facilita inmediatamente al conductor del
vehículo una indicación de la función defectuosa del catalizador de
oxidación. La razón de ello es el riesgo rápidamente creciente de
daños por incendio del hollín en el filtro de partículas.
Otras realizaciones de la invención se podrán
apreciar de las reivindicaciones dependientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Las figuras 1 y 4 muestran, cada una de ellas,
una representación esquemática correspondiente de dos realizaciones
preferentes distintas de un sistema de
post-tratamiento de gases de escape, de acuerdo con
la invención.
Las figuras 2, 3 y 5 muestran diagramas de flujo
para las realizaciones respectivamente mostradas en las figuras 1 y
4.
La figura 6 muestra un aparato que puede ser
utilizado, como mínimo, en las realizaciones mostradas en las
figuras 1 y 4.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra una realización preferente
de la invención en la que los gases de la combustión que salen de
un motor de combustión interna (1) son conducidos a un sistema de
post-tratamiento de los gases de escape, indicado
de manera general con el numeral (2). El motor (1) es un motor que
funciona con exceso de oxígeno, por ejemplo, un motor diésel del
tipo de pistones y cilindros, en el que el oxígeno en exceso de los
gases de escape del motor (1) es utilizado para reducir la cantidad
de NO_{x} y de partículas (principalmente hollín) en los gases de
escape antes de que sean liberados a la atmósfera. El sistema (2) de
post-tratamiento de gases de escape está dispuesto
de forma tal que reduce la cantidad de óxido de nitrógeno y de
partículas en los gases de escape del motor (1). Los componentes
principales del sistema de post-tratamiento (2) de
gases de escape consisten en un CRT^{TM} (3) y un catalizador (4)
para la reducción del NO_{x}. En la realización que se ha
mostrado a título de ejemplo, el CRT (3) consiste en un catalizador
de óxido (5) y un filtro de partículas (6). El catalizador reductor
de NO_{x} (4) es del tipo LNA en la realización ilustrativa que
se ha mostrado. Los gases de escape procedentes del motor (1) son
conducidos a su vez mediante el conducto de gases de escape (7) a
través de una primera etapa en forma de catalizador de oxidación
(5), una segunda etapa en forma de filtro de partículas (6) y
finalmente una tercera etapa en forma de catalizador (4) para la
reducción de NO_{x}. Los gases de escape son conducidos desde el
catalizador (4) a la atmósfera con intermedio del conducto de
escape (8).
Los gases de escape procedentes del motor (1)
consisten de manera típica en varios óxidos de nitrógeno NO_{x}
tales como NO y NO_{2}, pero también hidrocarburos (HC), monóxido
de carbono (CO), dióxido de carbono (CO_{2}), partículas y otros
residuos de la combustión. El catalizador de oxidación (5) en la
primera etapa está dotado preferentemente del recubrimiento de un
metal precioso tal como platino o paladio, pero puede contener
también óxidos de metales. En el curso de su funcionamiento normal,
el catalizador de oxidación (5) oxida la parte más importante de NO
en los gases de escape formando NO_{2}. La reacción de la primera
etapa se describe por la fórmula 1:
1)NO+ ½O_{2}
\rightarrow
NO_{2}
Esto tiene como resultado la formación de
NO_{2}, que a continuación es transportado a la segunda etapa que
consiste en el filtro de partículas (6), por ejemplo del tipo
monolítico cerámico, en el que los canales se taponan de manera que
los gases deben pasar a través de una pared del canal. En el filtro
de partículas (6), NO_{2} procedente del catalizador de oxidación
(5) reacciona con partículas de los gases de escape, cuyas
partículas adoptan predominantemente forma de hollín, de manera que,
como mínimo, una parte del NO_{2} es reducido a NO, es decir
monóxido de nitrógeno al mismo tiempo que el hollín es oxidado a
CO_{2}. La cantidad de NO_{2} reducida depende del contenido de
hollín de los gases de escape y de la cantidad de hollín que ha
quedado atrapado en el filtro. La reducción de NO_{2} a NO no es,
por lo tanto, completa al cien por cien. Los gases de escape que
emergen del filtro de partículas consisten en general en NO_{2} y
NO_{2} reducido, es decir, NO y CO_{2}. La reacción en la etapa
dos puede ser expresada esencialmente por la fórmula 2:
2)2NO_{2} +C
\rightarrow
2NO+CO_{2}
Los gases de escape procedentes del filtro (6)
continúan a continuación a una tercera etapa, es decir, la del
catalizador (4) reductor de NO_{x}. El catalizador (4) reductor
de NO_{x} en la realización ilustrativa mostrada en este caso, es
un LNA, es decir, un adsorbedor de NO_{x} dispuesto para recoger
sobre el mismo la cantidad restante de NO_{2} en condiciones de
abundancia de oxígeno, cuyo catalizador (4) con la adición de un
agente reductor reduce el dióxido de nitrógeno NO_{2} atrapado en
el adsorbedor de NO_{x} a nitrógeno N_{2} y agua H_{2}O en
forma gaseosa. El proceso principal en la etapa tres se puede
expresar por la fórmula 3:
3)3NO_{2}
+2H_{2}C \rightarrow 1½N_{2}+ 2H_{2}O
+2CO_{2}
El catalizador (4) reductor de NO_{x} puede
estar dotado de un recubrimiento de una capa catalítica cuyo
objetivo consiste en oxidar cualquier NO restante de la etapa 2 en
NO_{2}, cuyo NO_{2} puede ser almacenado en el catalizador (4)
reductor de NO_{x}.
En una realización alternativa, la función
reductora de NO_{x} puede ser integrada en el filtro de partículas
(catalizador de 4 vías) por el recubrimiento de las paredes del
filtro de partículas con una capa catalítica adecuada. Además, el
filtro de partículas puede ser del tipo de sustrato metálico con
canales taponados o no taponados.
El agente reductor antes mencionado o medio de
calentamiento en la realización mostrada de forma ilustrativa,
preferentemente consiste en el combustible para el motor (1) y se
puede almacenar en un depósito único (no mostrado) para posibilitar
su proyección de la forma requerida en el conducto de escape (7) con
un inyector (no mostrado) dispuesto más arriba del catalizador de
oxidación (5). El inyector es controlado por una unidad de control
(11), que puede estar dispuesta también de forma tal que controle el
proceso de combustión del motor (1). En una realización
alternativa, el agente de reducción puede ser inyectado a través de
los inyectores estándar de combustible (no mostrados) del motor
(1). El agente reductor de esta realización consiste preferentemente
en el combustible normal del vehículo y es inyectado de forma
apropiada con intermedio de la llamada
post-inyección, que está controlada y regulada por
la unidad de control (11).
En la realización mostrada de forma ilustrativa,
la unidad de control (11) recibe señales procedentes del detector de
NO_{x} dispuesto más abajo del catalizador (4). El detector de
NO_{x} (12) detecta la cantidad de NO_{x} en los gases de
escape.
De acuerdo con la presente invención, se puede
realizar un diagnóstico de la oxidación del catalizador (5) de
acuerdo con una realización y en el caso de que el catalizador (4)
reductor de NO_{x} esté revestido con una capa catalítica con el
objetivo de oxidar cualquier NO restante de la etapa 2 a NO_{2},
se lleva a cabo también el diagnóstico de la capacidad oxidante del
catalizador (4) de acuerdo con el diagrama de flujo mostrado en la
figura 2. La unidad de control (11) está programada en este caso
para llevar a cabo, como mínimo, las etapas mostradas en la figura
4. Cuando la unidad de control (11) identifica que ha transcurrido
un cierto periodo de funcionamiento desde el diagnóstico
inmediatamente anterior y que se espera que sea posible mantener
una situación del motor relativamente estacionaria en el futuro
inmediato, el diagnóstico se empieza en (S1), mostrado en la figura
2. En la etapa (S2), la unidad de control (11) lleva a cabo la
medición del contenido de NO_{x} a través del detector (12). En
una función de catalizador de oxidación normal, se obtiene un valor
bajo en este caso para el primer valor medido (m11), dado que la
mayor parte del NO_{x} debe haber sido transformada (de acuerdo
con lo anterior). Cuando se ha medido un valor para (m11) y se ha
almacenado en la unidad de control (11), el catalizador de
oxidación (5) es contaminado y también la función de oxidación que
está posiblemente incorporada en el catalizador (4) de reducción de
NO_{x} al inyectar la unidad de control (11) un agente reductor
en la etapa (S3) en la realización mostrada de forma ilustrativa a
través de una post-inyección con ayuda de
inyectores de combustible normales (no mostrados) del motor (1). La
cantidad de agente de reducción inyectada es predeterminada y
adaptada de manera que la oxidación de NO a NO_{2} en el sistema
de post-tratamiento de gases de escape (2) termine
preferentemente por completo o, a efectos prácticos, de modo
completo. Cuando la oxidación de NO a NO_{2} se espera que haya
cesado suficientemente, la unidad de control (11) lleva a cabo una
nueva medición del contenido de NO_{x} en la etapa (S4) con ayuda
del detector (12) y se obtiene un valor (m12) para el contenido de
NO_{x} y se almacena en la unidad de control (11). En la etapa
(S5), la unidad de control (11) termina la inyección del agente
reductor. La unidad de control (11) lleva a cabo el cálculo de la
diferencia entre los valores medidos (m11) y (m12) en la etapa (S6)
y a continuación compara la diferencia con un valor predeterminado
(k11). En una función de oxidación normal, la diferencia calculada
es relativamente grande, dado que la oxidación de NO a NO_{2} es a
todos los efectos completa y la medición (m11) de NO_{x} tiene un
valor relativamente bajo. Si por otra parte, la función de oxidación
es reducida, la diferencia será entonces más pequeña. Cuanto más
pobre es la función de oxidación, menor será la diferencia entre
los valores medidos (m12) y (m11). Si se calcula que la diferencia
es menor que un cierto valor predeterminado (k11) (valor límite),
la unidad de control (11) indicará al seleccionar la etapa (S7) que
la función de oxidación ha empeorado de forma tal que no se puede
aceptar como OK. Si, por otra parte la unidad de control (11) en
(S6) calcula que la diferencia es superior que el valor
predeterminado (k11), la unidad de control (11) indicará en la
etapa (S8) que la función de oxidación es correcta (OK). En (S9), la
unidad de control (11) termina el ciclo de acuerdo con la
realización de la figura 2.
El valor predeterminado (k11) es deducido
teniendo en cuenta las diferentes partes del sistema de
post-tratamiento de gases de escape y teniendo en
cuenta una función de oxidación aceptable, es decir, una función de
oxidación que conduce a una limpieza de gases de escape aceptable.
Por ejemplo, dado que la realización ilustrativa, de acuerdo con la
figura 1, comprende un filtro de partículas (6), es apropiado tener
en cuenta el rendimiento del filtro de partículas cuando se
determina el valor predeterminado (k11), de manera que un cierto
empeoramiento de la función de oxidación no conduzca a un fuego
perjudicial producido por el hollín, es decir, sin indicación de
que existe fallo indicado desde la unidad de control (11).
El estado del motor (1) y/o del sistema (2) de
post-tratamiento de gases de escape deben ser
relativamente estacionarios desde el punto en el que han empezado
las mediciones de la etapa (S2) y hasta el punto en el que la
medición en (S4) ha sido llevada a cabo, a efectos de obtener
valores de medición satisfactorios. En una realización preferente,
la unidad de control (11) puede tener la posibilidad, después de que
se han llevado a cabo las mediciones (S2) y (S4), de establecer si
el estado del motor (1) y/o del sistema (2) de
post-tratamiento de gases de escape ha cambiado o
no durante las mediciones. Si ha tenido lugar un cambio
significativo en el estado del motor (2) y/o en el sistema (2) de
post-tratamiento de gases de escape durante el
periodo en el que han continuado las mediciones, la unidad de
control (11) puede estar dispuesta de manera tal que rechaza el
resultado de las mediciones y selecciona llevar a cabo, por lo
menos, uno o varios nuevos ciclos de mediciones y comparaciones de
diferencias calculadas en relación a (k11). Varios ciclos completos
proporcionarán una mejor base estadística para el diagnóstico de la
función del catalizador de oxidación.
En una realización alternativa, la unidad de
control (11) en la etapa (S6) puede ser dispuesta de manera tal que
en lugar de calcular una diferencia, calcule la relación entre los
valores medidos (m11) y (m12). Si la proporción es más próxima al
valor uno que un valor predeterminado (k11), la unidad de control
(11) indica entonces que puede existir un fallo en la función del
catalizador de oxidación.
El diagnóstico puede ser llevado a cabo también
de manera ventajosa dentro de una gama de temperatura ventajosa
teniendo en cuenta la selectividad del producto del catalizador. Si
ello no es posible, el valor predeterminado (k11) puede tener en
cuenta dicho estado. Es decir, el valor (k11) puede variar para
diferentes casos y condiciones operativas.
Se ha mostrado en la figura 3 otra realización
alternativa de la invención que comprende otra etapa, que la unidad
de control (11) puede quedar dispuesta para ejecutar si la función
del catalizador de oxidación no ha resultado correcta (OK), de
acuerdo con (S7) de la figura 2. En esta realización, la unidad de
control (11) dispuesta de este modo, después de establecer en la
etapa (S7) que la función de oxidación del catalizador no es
correcta (OK), para llevar a cabo una nueva comparación en la etapa
(S21) con otro valor límite predeterminado (k22). El valor (k22) es
predeterminado con un valor que corresponde al límite para las
máximas emisiones de gases de escape permisibles, según las normas.
(k11) es preferentemente superior a (k22). El valor según normas de
(k22) permite, por lo tanto, una función de oxidación más defectuosa
que (k11). Si la diferencia entre (m22) y (m21), de acuerdo con la
etapa (S21), es también menor que (k22) se indica al conductor del
vehículo lo antes posible del funcionamiento defectuoso, de acuerdo
con la etapa (S22). Por otra parte, si la diferencia en (S21) es
superior a (k22) (pero menor de (k11)), la unidad de control (11)
está dispuesta de forma tal con la etapa (S23) para no indicar el
funcionamiento defectuoso del catalizador de oxidación hasta el
siguiente periodo de servicio de mantenimiento del vehículo. Ello se
basa en la suposición de que no se realizará un nuevo diagnóstico
antes de que se lleve a cabo el servicio de mantenimiento en el caso
en el que la diferencia en (S21) sea menor que (k22), según normas.
Cuando la unidad controlada (11) ha procesado las etapas (S22) ó
(S23) se alcanza el final del programa en la etapa (S24).
La figura 4 muestra una realización preferente
alternativa de la invención, en la que los gases de la combustión
que proceden del motor de combustión interna (21), tal como se ha
mostrado en la realización de la figura 1, son conducidos a un
sistema de post-tratamiento de gases de escape
indicado de modo general con el numeral (22). Los gases de escape
son conducidos de la misma manera que en la realización, de acuerdo
con la figura 1, con intermedio del tubo de escape (27) pasando al
catalizador de oxidación (25). Los gases de escape son
transportados a continuación a la unidad (26) de
post-tratamiento de gases de escape, que puede ser
un filtro de partículas o un catalizador reductor de NO_{x},
ambos de un tipo que requiere NO_{2} para su función reductora de
emisiones. Un detector de gases (212) que mide NO_{2} (en lugar
del contenido de NO_{x} que se ha descrito en lo anterior) está
dispuesto directamente después del catalizador de oxidación (25), es
decir, entre el catalizador de oxidación (25) y la unidad de
post-tratamiento de gases de escape (26). El
detector de gases transmite señales para el contenido medido de
NO_{2} a la unidad de control (211). La unidad de control (211),
igual que la unidad de control (11) (figura 1) puede estar dispuesta
de forma tal que controla el proceso de combustión del motor (21).
En este caso, igual que en la realización, de acuerdo con la figura
1, el agente de reducción puede ser inyectado también de manera
directa en el tubo de escape (27) más arriba del catalizador de
oxidación (25) o, de manera alternativa, con intermedio de los
inyectores de combustible normales (no mostrados) del motor (21).
El agente reductor en esta realización consiste preferentemente en
el combustible normal del vehículo y es inyectado de manera
apropiada mediante un proceso llamado de
post-inyección, que es controlado y regulado por la
unidad de control (211).
En otra realización, basada en la realización,
de acuerdo con la figura 4, el detector de gases (212) puede quedar
dispuesto más abajo del catalizador de oxidación (25) y de la unidad
de post-tratamiento de gases de escape (26).
Según la presente invención, de acuerdo con una
realización, se puede llevar a cabo el diagnóstico de la oxidación
de la capacidad oxidante del catalizador (25) de acuerdo con el
diagrama de flujo mostrado en la figura 5. El diagrama de flujo es
idéntico al diagrama de flujo de acuerdo con el mostrado
anteriormente en la figura 2. La única diferencia consiste en que
en la etapa de medición (S32) con ayuda del detector de gases (212)
se almacena alternativamente un valor medido para el contenido de
NO_{2}. El contenido de NO_{2} es medido también de la misma
manera en la etapa (S33). En comparación con la figura 2, la
realización, de acuerdo con la figura 5, difiere, por lo tanto, en
el sentido de que una diferencia para NO_{2} es calculada en (S35)
por la unidad de control (211). En otros aspectos, por lo tanto,
las etapas (S30) a (S38) tienen lugar de la misma manera que según
la realización de la figura 2.
Otra realización de la invención basada en la
realización, de acuerdo con la figura 5, puede ser un algoritmo de
control correspondiente que, de acuerdo con la realización de la
figura 3, está incorporado también en la realización según la
figura 5, es decir, la unidad de control (211) tiene en cuenta
también las exigencias de las normas y toma decisiones con respecto
a si la indicación "funcionamiento del catalizador no OK" será
aplazada hasta el siguiente servicio de mantenimiento.
En una realización alternativa de la invención,
se puede llevar a cabo una tercera medición (no mostrada) del
contenido de NO_{x} después de que se ha terminado la inyección
del agente de reducción. La unidad de control (11, 211) de acuerdo
con las realizaciones mostradas en las figuras, puede estar
dispuesto de forma tal que compara el primer valor medido (m11,
m31) con el tercer valor medido. Si la unidad de control determina
una diferencia entre el primer valor y el tercer valor, ello puede
indicar que algún factor externo puede haber influido en el
procedimiento de medición. Normalmente, el contenido de NO_{x}
antes (primer valor) y después (tercer valor) de la inyección de
los agentes reductores debe ser idéntico. En caso de una diferencia
significativa entre los valores, la unidad de control está dispuesta
de forma tal que repite la medición y el registro, como mínimo,
para el primer y segundo valores recientemente medidos (m11, m31 y
m12, m32, respectivamente).
En situaciones en las que el catalizador
reductor de NO_{x} no se encuentra activo, por ejemplo en la
secuencia de arranque en frío, o cuando la función del catalizador
está deliberadamente desconectada (en SCR, por ejemplo, para
asegurar que el reductor no es suministrado al catalizador SCR) la
señal de NO_{x} procedente del detector de NO_{x} con un
catalizador de oxidación funcional (activo) será menor durante el
periodo en el cual se inyecta el agente de reducción en comparación
con la situación inmediatamente antes de que el agente de reducción
empiece a ser inyectado. Cuanto más baja es la señal dependerá del
grado de funcionamiento del catalizador de oxidación. Si el
catalizador de oxidación no funciona por alguna razón, no se
encontrará diferencia en la señal del detector de NO_{x} durante
el periodo para el cual se ha inyectado el agente de reducción, en
comparación con la situación inmediatamente antes de la inyección
del agente reductor. Por lo tanto, en una realización adicional de
la invención, la unidad de control puede ser dispuesta de manera tal
que identifique que la función reductora de NO_{x} no se
encuentra activa y asimismo para llevar a cabo una comparación de
la señal del detector de NO_{x} antes de la inyección del agente
reductor y durante el periodo en el que la inyección del agente
reductor tiene lugar y, dependiendo de la diferencia del contenido
de NO_{x} para determinar la función de oxidación del
catalizador. El método que se ha mencionado para el control del
catalizador de oxidación puede funcionar también para realizaciones
que carecen de catalizador de reducción de NO_{x}.
La figura 5 muestra un aparato (500) de acuerdo
con una realización de la invención, que comprende una memoria no
volátil (520), un procesador (510) y una memoria de lectura y
escritura (560). La memoria (520) tiene una primera parte de
memoria (530) en la que se almacena un programa de ordenador para
controlar el aparato (500). El programa de ordenador de la parte
(530) de memoria para controlar el aparato (500) puede ser un
sistema operativo.
El aparato (500) puede quedar incluido, por
ejemplo, en una unidad de control, tal como la unidad de control
(11) ó (211). La unidad de proceso de datos (510) puede comprender,
por ejemplo, un microordenador.
La memoria (520) tiene también una segunda parte
de memoria (540), en la que está almacenado un programa para el
diagnóstico de un catalizador de oxidación, de acuerdo con la
invención. En una realización alternativa, el programa para el
diagnóstico de un catalizador de oxidación está almacenado en un
soporte de almacenamiento de datos no volátil (550), tal como un
CD-ROM o una memoria sustituible de semiconductor,
por ejemplo. El programa puede ser almacenado de forma ejecutable o
en estado comprimido.
Dado que se describe más adelante que la unidad
de proceso de datos (510) efectúa una función especial, debe quedar
evidente que la unidad de proceso de datos (510) lleva a cabo una
parte especial del programa que está almacenada en la memoria (540)
o una parte especial del programa que está almacenada en el soporte
de impresión no volátil (550).
La unidad de proceso de datos (510) está
adaptada para comunicación con la memoria (550) con intermedio de
un bus de datos (514). La unidad de proceso de datos (510) está
adaptada también para comunicación con la memoria (520) con
intermedio de un bus de datos (512). La unidad de proceso de datos
(510) está adaptada también para comunicación con la memoria (560)
con intermedio de un bus de datos (511). La unidad de proceso de
datos (510) está adaptada también para comunicación con un puerto
de datos (590) con intermedio de un bus de datos (515).
El método, de acuerdo con la invención, puede
ser llevado a cabo por la unidad de proceso de datos (510) en la
que la unidad de proceso de datos (510) lleva a cabo el programa
almacenado en la memoria (540) o el programa que está almacenado en
el soporte de registro no volátil (550).
En una realización alternativa de la invención,
el catalizador de oxidación (5) puede estar integrado con el filtro
de partículas (6). Partes o la totalidad del filtro de partículas
pueden estar dotadas de un recubrimiento de un material
catalíticamente activo que oxida NO a NO_{2}. De manera similar,
el catalizador de oxidación (25) puede estar integrado en la unidad
de escape (26).
En una realización alternativa de la invención,
el CRT (o catalizador PM-F) y el catalizador
reductor de NO_{x}, de acuerdo con la realización de la figura 1,
puede ser dispuesto en el sistema de
post-tratamiento (2) de gases de escape en la
secuencia opuesta.
En otra realización alternativa de la invención,
la inyección de un agente reductor puede tener lugar simultáneamente
con intermedio de los inyectores del motor y uno o varios
inyectores dispuestos en el sistema de
post-tratamiento de gases de escape.
La invención, de acuerdo con la presente
aplicación, puede ser aplicada también de manera ventajosa
adicionalmente a los métodos de post-tratamiento de
gases de escape ya mencionados, como mínimo, a los siguientes:
- LNC (Lean NO_{x} Catalyst (Catalizador
NO_{x} Pobre)), en el que los óxidos de nitrógeno son reducidos
de manera continua en condiciones de abundancia de oxígeno.
- Filtro de partículas dotado de un
recubrimiento de un metal precioso y/u óxidos de metales.
- SCR basado en hidrocarburos (Basado en HC)
(Selective Catalyst Reduction (Reducción por Catalizador
Selectivo)).
- SCR basado en urea o amoníaco (Reducción por
Catalizador Selectivo).
El agente de reducción inyectado en el sistema
de post-tratamiento de gases de escape es
ventajosamente el combustible del vehículo que puede ser
combustible diésel, gasolina, dimetiléter (DME), metano (CNG), etc.,
si bien en el caso de un inyector en el tubo de escape puede ser
también un agente reductor procedente de un depósito separado, cuyo
agente reductor no es utilizado para la propulsión del vehículo.
Además de un agente reductor en forma de un hidrocarburo, es
también posible la utilización de hidrógeno (H_{2}) y monóxido de
carbono (CO).
Claims (14)
1. Método de diagnóstico para llevar a cabo
durante el funcionamiento a bordo de un vehículo y para un
catalizador de oxidación (5, 25), para la oxidación de NO en
NO_{2}, dispuesto en un vehículo dotado de un motor de combustión
interna (1), que durante su funcionamiento emite gases de escape
hacia un sistema (2) de post-tratamiento de gases
de escape, comprendiendo, como mínimo, el mencionado catalizador de
oxidación (5, 25), un catalizador reductor de NO_{x} (4, 26) y/o
un filtro de partículas (6, 26) dispuesto más abajo de dicho
catalizador de oxidación, de manera que se añade una cantidad
predeterminada de un agente reductor al sistema (2, 22) de
post-tratamiento de gases de escape durante, como
mínimo, un intervalo de tiempo predeterminado, más arriba del
catalizador de oxidación y porque uno de los contenidos de NO_{x}
y NO_{2} es medido más abajo del catalizador de oxidación (5,
25), conjuntamente con lo cual el procedimiento se
caracteriza por las siguientes etapas:
- una primera medición (S2, S31) y un registro
de un primer valor (m11, m31) para uno de dichos contenidos de
NO_{x} o de NO_{2} son realizados en un momento de tiempo
inmediatamente anterior al suministro del agente reductor al
sistema (2, 22) de post-tratamiento de gases de
escape;
- una segunda medición (S4, S33) y un registro
de un segundo valor (m12, m32) para uno de dichos contenidos de
NO_{x} o de NO_{2} son realizados en un momento de tiempo
durante el periodo cuando el agente reductor es suministrado al
sistema (2, 22) de post-tratamiento de gases de
escape, en el que el suministro del agente reductor contamina
temporalmente dicho catalizador de oxidación, de manera que la
cantidad de NO_{2} producida en el catalizador de oxidación es
despreciable;
- se realiza una comparación (S6, S35) entre el
primer y segundo valores antes mencionados, conjuntamente con la
cual se obtiene una indicación del funcionamiento defectuoso del
catalizador de oxidación (5, 25) cuando la diferencia entre los
valores medidos que se han mencionado es menor de un primer valor
predeterminado (k11, k31).
2. Procedimiento de diagnóstico, según la
reivindicación 1, caracterizado porque cuando la diferencia
es menor que el valor predeterminado antes mencionado (k11) y
dependiendo de las dimensiones de la diferencia antes mencionada,
se facilita una indicación de la función defectuosa del catalizador
de oxidación inmediatamente al conductor del vehículo conjuntamente
con el siguiente servicio de mantenimiento del vehículo.
3. Procedimiento de diagnóstico, según la
reivindicación anterior, caracterizado porque si la
diferencia antes mencionada es superior a un segundo valor
predeterminado (k22), que corresponde al límite de emisiones de
gases de escape permisibles según reglamentación y es menor que el
primer valor predeterminado antes mencionado (k11), la indicación
antes mencionada tendrá lugar conjuntamente con el siguiente
servicio regular de mantenimiento del vehículo.
4. Procedimiento de diagnóstico, según la
reivindicación 1, con un filtro de partículas (6) dispuesto más
abajo del catalizador de oxidación (5), caracterizado porque
cuando la diferencia antes mencionada es menor que un segundo valor
predeterminado (k22), se facilita inmediatamente una indicación de
la función defectuosa del catalizador de oxidación al conductor del
vehículo.
5. Procedimiento de diagnóstico, según la
reivindicación 1, caracterizado porque las mediciones antes
mencionadas del contenido de NO_{2} son llevados a cabo entre el
catalizador de oxidación (25) y dicho catalizador (26) reductor de
NO_{x} y/o dicho filtro de partículas (26).
6. Procedimiento de diagnóstico, según la
reivindicación 5, con un filtro de partículas (26) dispuesto más
abajo del catalizador de oxidación (25), caracterizado porque
cuando la diferencia antes mencionada es menor que un segundo valor
predeterminado (k31), se facilita inmediatamente al conductor del
vehículo indicación de la función defectuosa del catalizador de
oxidación.
7. Vehículo impulsado por motor, con un motor de
combustión interna (1, 21), que durante el funcionamiento emite
gases de escape hacia un sistema (2, 22) de
post-tratamiento de los gases de escape, que
comprende un catalizador de oxidación (5, 25) para la oxidación de
NO en NO_{2}, un catalizador (4, 26) reductor de NO_{x} y/o un
filtro de partículas (6, 26) dispuesto más abajo de dicho
catalizador de oxidación, un dispositivo de inyección para la
inyección de un agente reductor en el sistema (2, 22) de
post-tratamiento de los gases de escape más arriba
del catalizador de oxidación (5, 25), un detector (12, 212) de
NO_{x} y NO_{2} dispuesto más abajo del catalizador de
oxidación (5, 25), una unidad de control (11, 211) para registrar
señales de dicho detector (12, 212) de NO_{x} o NO_{2} y para
controlar, como mínimo, el dispositivo de inyección,
caracterizado porque la unidad de control (11, 211) está
dispuesta de manera tal que registra un primer valor (m11, m31)
para uno de los contenidos de NO_{x} o NO_{2} con intermedio de
dicho detector (12, 212) de NO_{x} o NO_{2} en un momento de
tiempo inmediatamente anterior a la inyección del agente de
reducción y un segundo valor (m12, m32) para dicho contenido de
NO_{x} o NO_{2} en un punto_{ }de tiempo durante el periodo
en el que tiene lugar la inyección del agente reductor y contamina
el catalizador de oxidación antes mencionado (5, 25), conjuntamente
con la cual la unidad de control (11, 211) está dispuesta de manera
tal que efectúa la comparación de dichos primer y segundo valores
antes mencionados y para indicar la función defectuosa del
catalizador de oxidación (5, 25) cuando la diferencia entre los
valores medidos antes mencionados es menor que un primer valor
predeterminado (k11, k31).
8. Vehículo impulsado a motor, según la
reivindicación 8, caracterizado porque cuando la diferencia
es menor que el primer valor predeterminado antes indicado (k11) y
dependiendo del valor de dicha diferencia antes mencionada, la
unidad de control (11) está dispuesta de forma tal que indica la
función defectuosa del catalizador de oxidación inmediatamente al
conductor del vehículo o conjuntamente con el siguiente servicio de
mantenimiento del vehículo.
9. Vehículo impulsado a motor, según la
reivindicación anterior, caracterizado porque si la
diferencia antes mencionada es superior a un segundo valor
predeterminado (k22), que corresponde al límite máximo permisible
de emisión de gases, según reglamentación y que es menor que el
primer valor predeterminado antes mencionado (k11) la unidad de
control (11) es dispuesta de forma tal que lleve a cabo la
indicación antes mencionada conjuntamente con el siguiente servicio
regular de mantenimiento del vehículo.
10. Vehículo impulsado a motor, según la
reivindicación 8, que comprende también un filtro de partículas (6)
dispuesto más abajo del catalizador de oxidación (5),
caracterizado porque cuando la diferencia antes mencionada
es menor que un segundo valor predeterminado (k22), la unidad de
control (11) está dispuesta de forma que indica la función reducida
del catalizador de oxidación inmediatamente al conductor del
vehículo.
11. Vehículo impulsado a motor, según la
anterior reivindicación 7, caracterizado porque el detector
antes mencionado de NO_{2} (212) está dispuesto entre el
catalizador de oxidación (25) y la unidad (26) de
post-tratamiento de gases de escape está dispuesta
más abajo que el catalizador de oxidación (25).
12. Vehículo impulsado a motor, según la
reivindicación 7, que comprende un filtro de partículas (26)
dispuesto más abajo del catalizador de oxidación (25),
caracterizado porque cuando la diferencia antes mencionada es
menor que un segundo valor predeterminado (k31), la unidad de
control (211) está dispuesta de forma tal que indica el
funcionamiento defectuoso del catalizador de oxidación de manera
inmediata al conductor del vehículo.
13. Producto de programa de ordenador que
comprende un código de programa almacenado en un soporte legible
por el ordenador para llevar a cabo las etapas de procedimiento de
la reivindicación 1 cuando dichos programas de ordenador antes
mencionados son llevados a cabo en el ordenador.
14. Producto de programa de ordenador capaz de
ser cargado directamente en una memoria interna de un ordenador,
que comprende programas de ordenador para llevar a cabo las etapas
de método reivindicadas en la reivindicación 1 cuando dichos
programas de ordenador antes mencionados en el producto de programa
de ordenador son llevados a cabo en el ordenador.
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