ES2357577T3 - Procedimiento de control en ciclo cerrado de la cantidad de urea para un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno. - Google Patents
Procedimiento de control en ciclo cerrado de la cantidad de urea para un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2357577T3 ES2357577T3 ES07823856T ES07823856T ES2357577T3 ES 2357577 T3 ES2357577 T3 ES 2357577T3 ES 07823856 T ES07823856 T ES 07823856T ES 07823856 T ES07823856 T ES 07823856T ES 2357577 T3 ES2357577 T3 ES 2357577T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- urea
- nitrogen oxides
- amount
- ammonia
- injected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9495—Controlling the catalytic process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
- F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having two or more separate purifying devices arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
- F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
- F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
- F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. by adjusting the dosing of reducing agent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/20—Reductants
- B01D2251/206—Ammonium compounds
- B01D2251/2062—Ammonia
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/20—Reductants
- B01D2251/206—Ammonium compounds
- B01D2251/2067—Urea
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
- F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/14—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
- F01N2900/0402—Methods of control or diagnosing using adaptive learning
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
- F01N2900/0408—Methods of control or diagnosing using a feed-back loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
- F01N9/005—Electrical control of exhaust gas treating apparatus using models instead of sensors to determine operating characteristics of exhaust systems, e.g. calculating catalyst temperature instead of measuring it directly
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
Un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape del motor de un vehículo, consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador, denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: se inyecta en el sistema una cantidad de urea inicial calculada con la ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno, se miden, como consecuencia de esta inyección, las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR por medio de un captador que presenta una no selectividad de amoniaco/óxidos de nitrógeno, se inyecta una nueva cantidad correspondiente a la cantidad inyectada precedentemente multiplicada por un coeficiente de inyección inicial superior a 1, se miden las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR y se las compara con los valores medidos precedentemente, y en función de la evolución de las cantidades medidas, se calcula un nuevo coeficiente de inyección, superior a 1, denominado coeficiente de sobre-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en disminución o por el contrario inferior a 1, llamado coeficiente de sub- inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en aumento, siendo repetidas las tres últimas etapas hasta alcanzar una cantidad óptima de urea y porque cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco disminuyen después de haber aumentado, se aplica un coeficiente de sobre-inyección inferior a la inversa del coeficiente de sub-inyección aplicado precedentemente, y la nueva cantidad de urea calculada a partir de este coeficiente de sobre-inyección es la cantidad óptima de urea a inyectar.
Description
El presente invento se refiere a un procedimiento de pilotaje de la inyección de urea para un sistema de tratamiento de reducción catalítica selectiva (SCR) de óxidos de nitrógeno a la salida de un motor de vehículo.
Más particularmente, el invento se refiere a un procedimiento de control de la cantidad de 5 urea para un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno.
Es conocido, en la industria, utilizar el amoniaco para efectuar una reducción de óxidos de nitrógeno según las reacciones de tipo SCR. Tal proceso es particularmente interesante en el caso de las industrias estacionarias para las que el problema de almacenamiento del amoniaco en gran cantidad no se plantea. 10
En el caso del automóvil, es conocido utilizar, de la misma manera, amoniaco, en particular contenido en la urea, para realizar la reducción de los óxidos de nitrógeno a la salida del motor. Esta reducción es efectuada haciendo reaccionar los óxidos de nitrógeno con amoniaco y/o urea, en un catalizador específico, denominado, catalizador SCR. El problema que aparece en el caso del automóvil es el del almacenamiento del amoniaco. Es por lo tanto útil, 15 determinar de forma precisa la cantidad de amoniaco a inyectar en el motor en cada instante, con el fin de optimizar la reducción de los óxidos de nitrógeno limitando las emisiones de amoniaco. El invento se refiere por lo tanto a un procedimiento de determinación de la cantidad de amoniaco destinada a ser integrada en una estrategia global de pilotaje de la inyección de amoniaco y/o de urea en un motor de vehículo. 20
El objetivo principal de cualquier sistema de descontaminación de tipo SCR es optimizar el compromiso entre una conversión de óxidos de nitrógeno elevada y una emisión limitada de amoniaco no convertida.
Es conocido determinar, a partir de parámetros del motor o exteriores, una cantidad de urea predeterminada, a inyectar en el catalizador SCR para efectuar la reducción de los óxidos 25 de nitrógeno. Pero estos sistemas presentan generalmente el inconveniente de ser en bucle abierto, es decir que no existen medios para controlar el carácter óptimo de esta cantidad de urea. El documento US-2005/0282285 propone observar la señal de un captador de NOx y cuando sobrepasa un valor dado, enviar un impulso para detectar si el valor anormalmente elevado está unido a un exceso de NOx o de NH3. 30
El invento pretende pues remediar este inconveniente, proponiendo un procedimiento de control en bucle cerrado de la inyección.
Más particularmente, el invento se refiere a un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva, según la reivindicación 1. 35
Una de las ventajas de este procedimiento es que permite tener en cuenta las derivas eventuales del sistema, que pueden tener una influencia sobre la eficacia del sistema o la cantidad de amoniaco consumida.
En un vehículo, en particular equipado de un motor de tipo Diesel, existen varias fuentes de deriva, que pueden entrañar una disminución de la eficacia del sistema.
Un primer tipo de deriva es la deriva de las emisiones en óxidos de nitrógeno del motor. En efecto, cuando los inyectores de gasóleo o el caudalímetro de admisión de aire están ensuciados, la cantidad de óxidos de nitrógeno realmente emitida por el motor es más elevada 5 que la predicha por un modelo de cálculo eventual. En efecto, un modelo calcula las cantidades de óxidos de nitrógeno teóricas en función de parámetros medidos en el motor; ahora bien, si algunos elementos del motor están ensuciados, los parámetros medidos no son siempre representativos de la realidad. En consecuencia, la cantidad de urea calculada gracias a este modelo, y por lo tanto inyectada en el catalizador, es demasiado pequeña con relación a la 10 necesidad real. La conversión de los óxidos de nitrógeno es por lo tanto menor que la óptima.
Por otra parte, el catalizador SCR en el que tienen lugar las reacciones de reducción puede degradarse, principalmente por el hecho de las fuertes temperaturas de escape generadas durante las regeneraciones del filtro de partículas del vehículo. Ahora bien, la determinación de la cantidad de amoniaco descrita precedentemente tiene igualmente en cuenta parámetros del 15 catalizador. Si el catalizador se degrada, la cantidad de amoniaco determinada por el modelo de cálculo no es válida ya, lo que se traduce en malas prestaciones del sistema, particularmente en lo que se refiere a la conversión de los óxidos de nitrógeno a baja temperatura.
En el caso en que el amoníaco utilizado está contenido en una solución de urea, es posible que esta solución se degrade lentamente en el depósito de almacenamiento presente en 20 el vehículo. En efecto, cuando es almacenada durante mucho tiempo y/o a fuertes temperaturas, la urea se hidroliza en amoníaco. Así, durante la inyección en el catalizador, la solución inyectada no contiene ya las mismas cantidades de urea y de amoníaco que las presentes inicialmente, cantidades a partir de las cuales es efectuado el cálculo generalmente.
Una reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno por el amoníaco es efectuada 25 según varias reacciones químicas, de las que los tres principales son:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
3NO3 + 4NH3 → 3,5N2 + 6H2O
4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O
En este tipo de reducción, es teóricamente posible alcanzar conversiones superiores al 30 90%.
A la vista de las reacciones principales, se puede constatar que la evolución de las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoníaco a la salida del catalizador es la misma. En efecto, una reducción de los óxidos de nitrógeno está obligatoriamente unida a un consumo de amoníaco NH3. 35
Para efectuar las medidas de cantidad de gas a la salida del catalizador, se coloca un captador de óxidos de nitrógeno en la línea de escape del motor. Este captador de óxidos de nitrógeno permite igualmente, en cierta medida, medir el amoniaco NH3, presente en el escape
aguas abajo del catalizador. Un ejemplo de captador será descrito más adelante en el texto.
En una realización, la cantidad de urea inicial es calculada con ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno.
Por ejemplo, para determinar esta cantidad de urea inicial, se puede utilizar un procedimiento que incluye las etapas siguientes: 5
- la etapa de determinar el tiempo de permanencia de los gases sobre el catalizador SCR, siendo denominado este tiempo de permanencia VVH,
- la etapa de extraer de una memoria datos que permiten determinar una relación óptima entre la cantidad de amoniaco introducido en el catalizador y la cantidad de óxidos de nitrógeno a reducir, siendo esta relación tal que se obtiene la mejor conversión de óxidos de nitrógeno 10 posible respetando al mismo tiempo una cantidad límite de amoniaco no convertido, siendo escogidos estos datos en función de los tiempos de permanencia VVH,
- la etapa de calcular, a partir de esta relación óptima y de la producción de óxidos de nitrógeno en la línea de escape del motor, la cantidad de amoniaco a inyectar en el catalizador,
- la etapa de deducir, a partir de la cantidad de amoniaco determinada, la cantidad de 15 urea a inyectar,
Se puedo igualmente, en el curso de las diferentes etapas, tener en cuenta otros parámetros tales como la temperatura exterior, la temperatura de agua del motor, la presión atmosférica, o aun la temperatura en el interior del catalizador de oxidación.
Así como se ha descrito precedentemente se inyecta, en el transcurso de una etapa del 20 procedimiento, una nueva cantidad de urea correspondiente a la cantidad de urea inicial multiplicada por un coeficiente de inyección inicial. A la vista de las derivas que pueden tener lugar en el motor, se constata que generalmente es necesario inyectar una cantidad de urea superior a una cantidad de urea teórica que sería determinada por un modelo. Así, se escoge inyectar más urea; en este caso, el coeficiente de inyección inicial es superior a 1, y es 25 denominado coeficiente de Sobre Inyección.
Como consecuencia de esta modificación de cantidad de urea, es posible medir las nuevas cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco presentes en la línea de escape a la salida del catalizador.
Para una condición de gas dada, cuando se aumenta la cantidad de urea inyectada hacia 30 el catalizador SCR, se pueden presentar dos casos:
- si la medida del captador disminuye, esto significa que la cantidad de urea ha sido consumida para reducir una cantidad mayor de óxidos de nitrógeno.
- A la inversa, si la medida del captador aumenta, esto significa que una cantidad similar de óxidos de nitrógeno ha sido reducida, y que la cantidad de amoniaco no convertido en 35 el catalizador aumenta.
Así, según la evolución constatada como consecuencia de la comparación con las medidas iniciales, se determina si es necesario disminuir o aumentar la cantidad de urea.
Para ello, es posible jugar sobre el valor del coeficiente de inyección aplicado en el curso de una de las etapas del procedimiento.
Así, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en disminución, ello significa que es necesario inyectar más urea con relación a la cantidad inyectada precedentemente. En este caso, el coeficiente de inyección es superior a 1, y es 5 entonces denominado coeficiente de sobre-inyección.
Por el contrario, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en aumento, ello significa que la cantidad de amoniaco liberada corre el riesgo de resultar demasiado importante, y en este caso es necesario disminuir la cantidad de urea inyectada. En este caso, el coeficiente de inyección es inferior a 1, y es denominado coeficiente de sobre-10 inyección.
Uno de los objetivos del procedimiento descrito aquí es determinar la cantidad óptima de urea a inyectar aguas arriba del catalizador en el que tiene lugar la reacción. Para esto, es necesario proceder escalonadamente, es decir ensayar varias cantidades y ajustar el coeficiente de inyección a cada etapa en función de los resultados obtenidos. 15
Así, por ejemplo, es posible que, en una realización, las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco aumenten después de haber disminuido. Esto significa que se encontraba, previamente, en una cantidad inferior a la cantidad óptima de urea, y por lo tanto que se ha aumentado esta cantidad.
A partir del momento en que las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco 20 aumentan, es el signo de que la cantidad de urea óptima ha sido sobrepasada. Es por lo tanto necesario volver a disminuir la cantidad de urea inyectada, sin embargo sin volver a disminuir más la cantidad inyectada en la etapa precedente. A este efecto, el nuevo coeficiente de sub-inyección aplicado es superior a la inversa del coeficiente de sobre-inyección aplicado precedentemente. 25
Por el contrario, en una realización en la que las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco disminuyen después de haber aumentado, se aplica un coeficiente de sobre-inyección inferior a la inversa del coeficiente de sub-inyección precedentemente aplicado, y la nueva cantidad de urea calculada a partir de este coeficiente de sobre-inyección es la cantidad óptima de urea a inyectar. 30
En una realización, se determina un factor de corrección final, correspondiente a la cantidad de urea óptima dividida por la cantidad inicial de urea.
El funcionamiento de un catalizador de tipo SCR, tal como el utilizado para la puesta en práctica del procedimiento descrito aquí, depende mucho de las condiciones del gas, tales como su composición, la temperatura, o aun el caudal. Así, para que el procedimiento sea eficaz, es 35 necesario que sea puesto en práctica cuando el vehículo está en condiciones estables.
A este efecto, en una realización se modifica la cantidad de urea inyectada únicamente en el caso en el que se presenten condiciones estables de rodadura.
Unas condiciones estables están definidas, por ejemplo, por el hecho de que la posición de pedal, que define el régimen motor, así como la temperatura de escape permanecen en un cierto intervalo durante un período determinado. Un ejemplo de condiciones estables es un vehículo cuyo régimen permanece entre 1500 y 1700 rpm durante una período superior a 5 segundos. 5
En una realización la urea está en forma de urea líquida pura o de solución de urea.
Otras características y ventajas del invento aparecerán con la descripción de algunos de sus modos de realización, siendo realizada esta descripción a título no limitativo con la ayuda de las figuras en las que:
La fig. 1 es un esquema de un sistema SCR, instalado en un motor de tipo Diesel, y que 10 emplea un procedimiento según el invento,
Las figs. 2 y 3 son ejemplos de medidas efectuadas por un captador de óxidos de nitrógeno,
La fig. 4 es un gráfico de estados que muestra el desarrollo de un procedimiento según el invento, 15
La fig. 5 es un gráfico que muestra una optimización del caudal de urea, y
Las figs. 6a y 6b representan la arquitectura funcional de un módulo de pilotaje de inyección de urea instalado en un vehículo y que emplea un procedimiento de acuerdo con el invento.
El sistema representado en la fig. 1 es un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno 20 destinado a transformar los óxidos de nitrógeno haciéndoles reaccionar con el amoniaco contenido en la urea, según un procedimiento de reducción catalítica selectiva SCR. Las reacciones químicas de este procedimiento tienen lugar en un catalizador SCR 10.
A la entrada de este catalizador 10 se encuentran los gases presentes en la línea de escape 12 del motor, que contienen en particular óxidos de nitrógeno. 25
Para que la reacción de reducción tenga lugar en el catalizador SCR10, es necesario introducir un reductor, tal como amoniaco contenido en urea 14, en el catalizador 10. Esta urea 14 es almacenada en un depósito específico 16. Es enviada, a través de un sistema de alimentación 17, hacia un inyector específico 18. Este inyector 18 inyecta entonces la urea 14 en la línea de escape 12, aguas abajo del catalizador SCR 10. 30
Según las realizaciones, el depósito 16 puede contener amoniaco en formas diferentes, en particular en forma de urea líquida pura o en forma de un aditivo tal como el AdBlue, que es una solución de urea al 32,5%.
A la salida del catalizador 10 se encuentra un captador de óxidos de nitrógeno 19. Este captador de óxidos de nitrógeno puede ser utilizado igualmente para medir las cantidades de 35 amoniaco liberadas.
Este captador es, por ejemplo, un captador que presenta una no selectividad de amoniaco/óxidos de nitrógeno. En este caso, la detección del amoniaco está basada en la
oxidación de este amoniaco en monóxido de nitrógeno, según la reacción 4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O.
Ha de observarse que tal captador no tiene una sensibilidad al amoniaco del 100%. En efecto, así como se puede ver en las figs. 2 y 3, existe un fenómeno de saturación de la señal emitida desde este captador, para contenidos fuertes en amoniaco. 5
En las figs. 2 y 3, se ven las respuestas de diferentes captadores de óxidos de nitrógeno a temperaturas respectivas de 200º C y 450º C. Estos gráficos representan la evolución de las cantidades de amoniaco NH3 medidas por el captador, en partes por millón (ppm), en función de las cantidades de amoniaco reales, en ppm. Aparece en estos dos gráficos que el fenómeno de saturación interviene muy pronto ya que desde 50 ppm de amoniaco, se ve una desviación 10 significativa entre la cantidad medida y la cantidad real.
Sin embargo, para la utilización que nos interesa, tales captadores son ampliamente suficientes, ya que permiten detectar, al menos a groso modo, la presencia de amoniaco, así como la evolución de las cantidades, a la salida del catalizador SCR.
Las medidas efectuadas por este captador son utilizadas por un procedimiento conforme 15 al invento, para determinar la cantidad óptima de urea a inyectar en la línea de escape del motor. Las diferentes etapas de tal procedimiento están ilustradas en la fig. 4.
Así como se ha explicado precedentemente, el procedimiento de control en bucle cerrado de la inyección de urea no es útil más que en el caso en que el vehículo se encuentra en condiciones de funcionamiento estables. 20
La primera etapa 40 del procedimiento consiste por tanto en verificar que se tienen efectivamente condiciones estables de rodadura. Esta verificación puede, por ejemplo, ser efectuada midiendo el régimen motor, y/o la temperatura de escape del motor durante un cierto período de tiempo.
Una vez detectadas estas condiciones estables, se procede a una inyección de urea 25 superior a la cantidad inicial inyectada (etapa 41). Para ello, se utiliza un coeficiente de inyección superior a 1, por ejemplo 1,2.
En una etapa 42, se ve entonces la evolución de las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador de reducción SCR. Si la respuesta en amoniaco no aumenta (acontecimiento 43), esto significa que siempre está por debajo de la cantidad de urea 30 óptima, ya que una gran parte del óxido de nitrógeno ha sido consumida, y la liberación de amoniaco no es excesiva. En este caso, se vuelve a la etapa 41, en la que la cantidad de urea es aumentada una vez más.
Por el contrario, si la cantidad de óxidos de nitrógeno aumenta, ello significa que se ha sobrepasado la cantidad óptima de urea, y que se corre el riesgo de rebasar, al mismo tiempo, la 35 cantidad tolerada de amoniaco a la salida del motor. En este caso, se inyecta, en una etapa 44, una cantidad de urea menor que la inyectada en el transcurso de la etapa 41. Para ello, se utiliza un coeficiente de inyección inferior a 1, por ejemplo 1/1,1.
Si las cantidades medidas a la salida del catalizador, en el transcurso de la etapa 39, no disminuyen (acontecimiento 45), ello significa que hay siempre demasiada urea. En este caso, se disminuye de nuevo la cantidad (retorno a la etapa 44).
En el caso contrario, esto significa que se ha disminuido demasiado la cantidad de urea, y que se ha vuelto a pasar por debajo de la cantidad óptima. En este caso, se aumenta de nuevo la 5 cantidad de urea, en el transcurso de la etapa 46, vigilando sin embargo no sobrepasar la cantidad de urea inyectada en el curso de la última etapa 42. Para ello, se escoge un coeficiente de inyección que es inferior a la inversa del coeficiente de inyección utilizado en el transcurso de la etapa 44, por ejemplo 1,05.
Se ve entonces, una vez más, la evolución de las cantidades medidas a la salida del 10 catalizador. Si las cantidades no aumentan (acontecimiento 48), esto significa que se está siempre por debajo de la cantidad óptima de urea, y es por tanto necesario aumentar de nuevo la cantidad inyectada. En cambio, si las cantidades medidas aumentan, se estima en este caso que se ha alcanzado la cantidad de urea óptima.
Se verifica entonces, en el curso de una etapa 49, que el vehículo está siempre en 15 condiciones estables de rodadura, y, si es tal el caso, se calcula entonces (etapa 50), el factor de corrección final, correspondiente a la relación entre la cantidad de urea óptima y la cantidad de urea inyectada inicialmente.
Se constata, a la vista de esta descripción del procedimiento, que la búsqueda de la cantidad óptima de urea es realizada de hecho por iteración y aproximándose cada vez a la 20 óptima. Tal procedimiento es posible porque la cantidad óptima correspondiente a una posición estable del sistema, tal como se puede constatar en la fig. 5, que muestra la evolución del caudal de urea y de la liberación de óxidos de nitrógeno, cuando un procedimiento, tal como el descrito con la ayuda de la fig. 4, es puesto en práctica.
En efecto, supóngase que la cantidad inicial inyectada sea de 50 gramos por hora (g/h). 25 En este caso, se mide una cantidad de óxidos de nitrógeno igual a aproximadamente 220 partes por millón (ppm). Estos valores corresponden al punto 51 en la curva de la fig. 5.
Suponiendo que el vehículo se encuentra en condiciones estables de rodadura, se aumenta entonces la cantidad de urea inyectada, hasta un valor de 125 g/h. Se mide la cantidad de óxidos de nitrógeno, que es igual a aproximadamente 140 ppm (punto 52 en la curva). 30
Al haber disminuido la medida, después del desarrollo lógico del procedimiento descrito con la ayuda de la fig. 4, se procede a un nuevo aumento de la cantidad de urea, hasta alcanzar 200 g/h, que corresponden a una cantidad de óxidos de nitrógeno de 175 ppm (punto 53). Se constata que la cantidad de Nox ha aumentado, y se va a disminuir por lo tanto la cantidad de urea. 35
A la vista del gráfico, se comprende que pueden presentarse dos situaciones en este caso:
- o bien se disminuye demasiado la cantidad de urea, y en este caso se va a encontrar
aguas arriba del punto 52, que corresponde al punto óptimo,
- o bien no se disminuye bastante la cantidad de urea.
En los dos casos, las medidas de cantidades de nitrógeno permiten conocer la acción a efectuar para aproximarse a la cantidad óptima. Se constata así que el punto 52 corresponde a una posición estable de la curva, y que el procedimiento es tal que este óptimo es 5 obligatoriamente alcanzado después de un cierto número de etapas.
Un procedimiento tal como el descrito aquí, está destinado a ser integrado en una estrategia global 60 de inyección de pilotaje SCR. Tal estrategia, descrita con la ayuda de las figs. 6a y 6b, es puesta en práctica por medio de varios módulos, entre los cuales un módulo 61 de estimación de magnitudes físicas, un módulo 62 de pilotaje de inyección de urea, hablando 10 con propiedad, y un módulo 63 de control de la urea embarcada en el vehículo en el que la estrategia es puesta en práctica.
De manera más precisa, un procedimiento según el invento es empleado en un sub-módulo 66 de control en bucle cerrado de la cantidad de urea a inyectar, estando integrado este sub-módulo 66 en el módulo 62 de pilotaje de la inyección. 15
Este módulo 62 comprende igualmente un sub-módulo 65 de cálculo de la cantidad de urea a inyectar y un sub-módulo 64 de control del consumo de urea.
La cantidad de urea calculada por el sub-módulo 65, con la ayuda de las magnitudes 20 físicas calculadas por el módulo 61 de estimación de magnitudes físicas, puede ser utilizada como cantidad inicial para un procedimiento tal como el descrito aquí.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES
- 1.- Un procedimiento de control de la cantidad de urea inyectada en un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno de reducción catalítica selectiva, denominada SCR, destinado a ser instalado en la línea de escape del motor de un vehículo, consistiendo el tratamiento en reducir químicamente, en un catalizador, denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno 5 añadiendo amoniaco contenido en la urea, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: se inyecta en el sistema una cantidad de urea inicial calculada con la ayuda de un modelo predeterminado que tiene en cuenta parámetros del motor y del entorno, se miden, como consecuencia de esta inyección, las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR por medio de un captador que presenta una no selectividad de 10 amoniaco/óxidos de nitrógeno, se inyecta una nueva cantidad correspondiente a la cantidad inyectada precedentemente multiplicada por un coeficiente de inyección inicial superior a 1, se miden las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco a la salida del catalizador SCR y se las compara con los valores medidos precedentemente, y en función de la evolución de las cantidades medidas, se calcula un nuevo coeficiente de inyección, superior a 1, denominado 15 coeficiente de sobre-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en disminución o por el contrario inferior a 1, llamado coeficiente de sub-inyección, cuando las cantidades medidas de óxidos de nitrógeno y de amoniaco están en aumento, siendo repetidas las tres últimas etapas hasta alcanzar una cantidad óptima de urea y porque cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco disminuyen 20 después de haber aumentado, se aplica un coeficiente de sobre-inyección inferior a la inversa del coeficiente de sub-inyección aplicado precedentemente, y la nueva cantidad de urea calculada a partir de este coeficiente de sobre-inyección es la cantidad óptima de urea a inyectar.
- 2.- Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que, se determina un factor de corrección final, correspondiente a la cantidad de urea óptima dividida por la cantidad inicial de 25 urea.
- 3.- Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que, cuando las cantidades de óxidos de nitrógeno y de amoniaco aumentan después de haber disminuido, el nuevo coeficiente de sub-inyección aplicado es superior a la inversa del coeficiente de sobre-inyección aplicado precedentemente. 30
- 4.- Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que se modifica la cantidad de urea inyectada únicamente en el caso en que se presentan condiciones de rodadura estables.
- 5.- Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el que la urea está en forma de urea líquida pura o de solución de urea. 35
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0654252 | 2006-10-13 | ||
| FR0654252A FR2907160B1 (fr) | 2006-10-13 | 2006-10-13 | Procede de controle en boucle fermee de quantite d'uree pour systeme de traitement d'oxydes d'azote |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2357577T3 true ES2357577T3 (es) | 2011-04-27 |
Family
ID=37891952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES07823856T Active ES2357577T3 (es) | 2006-10-13 | 2007-09-26 | Procedimiento de control en ciclo cerrado de la cantidad de urea para un sistema de tratamiento de óxidos de nitrógeno. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2078149B1 (es) |
| AT (1) | ATE498066T1 (es) |
| DE (1) | DE602007012457D1 (es) |
| ES (1) | ES2357577T3 (es) |
| FR (1) | FR2907160B1 (es) |
| WO (1) | WO2008043928A1 (es) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011075015A1 (en) | 2009-12-18 | 2011-06-23 | Volvo Lastvagnar Ab | Method for controlling the reductant buffer level in an exhaust gas aftertreatment device |
| DE102010004614B4 (de) | 2010-01-13 | 2025-03-13 | Vitesco Technologies GmbH | Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel |
| DE102010014314A1 (de) * | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Vorrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Reduktionsmittel |
| FI20105744A7 (fi) | 2010-06-29 | 2011-12-30 | Waertsilae Finland Oy | Säätömenetelmä ja järjestely selektiivistä katalyyttistä pelkistystä varten |
| WO2013020924A1 (en) * | 2011-08-05 | 2013-02-14 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Device for supplying liquid reducing agent |
| CN105050693B (zh) | 2013-04-03 | 2016-08-17 | 瓦锡兰芬兰有限公司 | NOx测量系统和方法 |
| FR3006371B1 (fr) * | 2013-05-28 | 2017-04-28 | Renault Sas | Procede et systeme de controle de la qualite d'un agent de reduction catalytique selective d'oxydes d'azote, injecte dans une ligne d'echappement d'un vehicule automobile |
| JP2015135117A (ja) * | 2015-03-06 | 2015-07-27 | ボルボ ラストバグナー アーベー | 排気ガス後処理デバイス内の還元剤貯蔵・レベルをコントロールするための方法 |
| FR3036438B1 (fr) * | 2015-05-18 | 2017-05-26 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de verification de la quantite de nox en sortie d’un moteur |
| GB2549716A (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-01 | Gm Global Tech Operations Llc | A method for controlling an injector for injecting a reductant into an exhaust system of an internal combustion engine |
| CN113607398B (zh) * | 2021-08-03 | 2022-05-03 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 一种精确测定scr氨喷射比例的方法 |
| CN114991915B (zh) * | 2022-06-30 | 2023-04-21 | 东风商用车有限公司 | 基于尿素与燃油价格变化改善整车经济性的控制方法 |
| CN121630596A (zh) * | 2026-02-03 | 2026-03-10 | 潍柴动力股份有限公司 | 发动机的空气系数的控制方法、装置和车辆 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3704030A1 (de) * | 1987-02-10 | 1988-08-18 | Ruhrgas Ag | Verfahren zum abscheiden von stickstoffoxiden aus abgasen durch selektive katalytische reduktion |
| US6427439B1 (en) * | 2000-07-13 | 2002-08-06 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and system for NOx reduction |
| US20050282285A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Eaton Corporation | Strategy for controlling NOx emissions and ammonia slip in an SCR system using a nonselective NOx/NH3 |
-
2006
- 2006-10-13 FR FR0654252A patent/FR2907160B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-09-26 DE DE602007012457T patent/DE602007012457D1/de active Active
- 2007-09-26 EP EP07823856A patent/EP2078149B1/fr not_active Not-in-force
- 2007-09-26 WO PCT/FR2007/052011 patent/WO2008043928A1/fr not_active Ceased
- 2007-09-26 ES ES07823856T patent/ES2357577T3/es active Active
- 2007-09-26 AT AT07823856T patent/ATE498066T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2907160B1 (fr) | 2008-12-26 |
| EP2078149A1 (fr) | 2009-07-15 |
| ATE498066T1 (de) | 2011-02-15 |
| FR2907160A1 (fr) | 2008-04-18 |
| EP2078149B1 (fr) | 2011-02-09 |
| WO2008043928A1 (fr) | 2008-04-17 |
| DE602007012457D1 (de) | 2011-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7736595B2 (en) | Dosing agent injection control for selective catalytic reduction catalysts | |
| US7858060B2 (en) | Current storage estimation for selective catalytic reduction catalysts | |
| US8061126B2 (en) | Nitrogen oxide estimation downstream of a selective catalytic reduction catalyst | |
| US9109495B2 (en) | Method and system for identifying a source of nitrogen oxide reduction inefficiency | |
| US7892508B2 (en) | Internal combustion engine exhaust gas purification apparatus and method for controlling same | |
| EP2551480B1 (en) | Engine exhaust purification device | |
| CN101377143B (zh) | 用于减少在scr催化剂中还原剂释放的方法和控制系统 | |
| US8555616B2 (en) | Identifying ammonia non-slip conditions in a selective catalytic reduction application | |
| US9708953B1 (en) | Apparatuses and methods for onboard diagnostic monitoring and detection | |
| JP5723453B2 (ja) | 自動車等の乗り物の排気ライン内の尿素付着物を検出するための方法、尿素付着物を脱離するための方法、およびその種の方法に適合された自動車等の乗り物 | |
| US20110005209A1 (en) | Ammonia storage set-point control for selective catalytic reduction applications | |
| US8978367B2 (en) | Exhaust gas purifying system of internal combustion engine | |
| US8621847B2 (en) | Engine off NH3 based selective catalytic reduction NOX adsorber | |
| US20150218991A1 (en) | Exhaust emission prediction system and method | |
| US8551432B2 (en) | System and method for injecting ammonia into an exhaust gas stream | |
| US20100024401A1 (en) | Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine | |
| KR20150047425A (ko) | 기체 환원제 분사 제어 시스템 | |
| ES2474617T3 (es) | Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna | |
| US8789358B2 (en) | Selective catalytic reduction catalyst ammonia storage control systems and methods | |
| US10632422B2 (en) | Exhaust gas purification system for internal combustion engine and exhaust gas purification method for internal combustion engine | |
| US10436089B2 (en) | Radio frequency sensor in an exhaust aftertreatment system | |
| Balland et al. | Control of a combined SCR on filter and under-floor SCR system for low emission passenger cars | |
| EP3287617B1 (en) | Power apparatus including reducing agent supply control system and reducing agent supply control method | |
| US10947885B2 (en) | Passive nitric oxide storage catalyst management | |
| US10704439B2 (en) | Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine |