ES2428163T3 - Procedimiento de control, para controlar un sistema de post-tratamiento de gases de escape y sistema de post-tratamiento de gases de escape - Google Patents

Abstract

Procedimiento de control para controlar una proporción de NO2/NO en un sistema de post-tratamiento de gasesde escape (10) de un motor (12), en el que uno o varios componentes de los gases de escape son oxidados en elcatalizador de oxidación (20) y uno o varios componentes de los gases de escape son desoxidados por medio de ungrupo de posibles reacciones químicas de diferente tipo entre uno o varios componentes de los gases de escape ymaterial catalítico dispuesto en un catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que los gases deescape pasan del catalizador de oxidación (20) al catalizador de reducción catalítica selectiva (70), en el que (a) se controla la temperatura en un conducto de escape (14), comprendiendo el catalizador de oxidación (20), unfiltro de partículas (60) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70); (b) se controla el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20), dependiendo de la temperaturadel catalizador de oxidación (20) y, como mínimo, una proporción deseada entre uno o varios pares de dichos uno ovarios componentes que comprenden NO y NO2, de manera que los gases de escape entran en el catalizador (70)de reducción catalítica selectiva, como mínimo, con una proporción deseada entre dichos uno o varios pares dedichos uno o varios componentes; (c) se controla la, como mínimo, una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varioscomponentes en la entrada del catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, variando el flujo de gases deescape a través del catalizador de oxidación (20); caracterizado por (d) se selecciona una temperatura de reacción predeterminada, o un rango de temperaturas y se establece en elcatalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que aumenta la probabilidad de que tenga lugar unareacción química específica entre dicho grupo de posibles reacciones químicas diferentes, entre el componente ocomponentes de los gases de escape y el material catalizador del catalizador de reducción catalítica selectiva (70) alintroducir los gases de escape en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, de manera que dichaprobabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es más elevada que la probabilidadde reacción para cada una de las otras reacciones químicas no seleccionadas, de manera que; (e) la proporción entre uno o varios componentes es establecida dependiendo de la cantidad de hollín contenido enel filtro de partículas (60) dispuesto entre el catalizador de oxidación (20) y el catalizador de reducción catalíticaselectiva (70), y en el que la proporción entre dichos uno o varios componentes se establece dependiendo de lacantidad de NO2 generada en el filtro de partículas (60).

Description

Procedimiento de control, para controlar un sistema de post-tratamiento de gases de escape y sistema de post-tratamiento de gases de escape

5 La invención se refiere a un procedimiento de control, para controlar un sistema de post-tratamiento de gases de escape y a un sistema de post-tratamiento de gases de escape, de acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones independientes.

Tanto las partículas de carbón como los óxidos de nitrógeno, tales como NO y NO2, a los que se hace referencia como NOx, son emisiones típicas de los gases de escape de los motores diesel. Las exigencias para reducir estas emisiones aumentan y provocan diferentes enfoques en la técnica para reducir las emisiones. En la patente europea EP 1 054 722 B1 se da a conocer un sistema de post-tratamiento de gases de escape que combina un filtro de partículas que recoge hollín, y catalizadores reductores de óxido de nitrógeno en el tubo de escape. Para eliminar

15 hollín, se genera NO2 por oxidación de NO en un catalizador de oxidación. El hollín recogido en el filtro de partículas es oxidado por NO2. Las cantidades residuales de NO y NO2 de los gases de escape son reducidas a nitrógeno gaseoso en un catalizador de reducción catalítica selectiva (catalizador SCR), inyectando amoniaco en el catalizador SCR. La preparación de NO2 y NO en los gases de escape se ajusta utilizando un catalizador de oxidación apropiado para un catalizador SCR específico. Por ejemplo, catalizadores de oxidación Pt/Al2O3 con diferentes contenidos Pt producen diferentes relaciones de NO2/NO. Para un catalizador SCR de metal/zeolita, todo el NO debe ser oxidado a NO2 y para un catalizador SCR basado en tierras raras, es deseable una elevada proporción NO2/NO, mientras que para catalizadores SCR basados en metales de transición son preferibles mezclas de gases de NO2 y NO en vez de gases puros o básicamente puros de NO2 ó NO.

25 El diseño del catalizador de oxidación tiene que ser habitualmente un compromiso entre una combustión pasiva óptima del hollín en el filtro de partículas y una conversión óptima de NO y NO2 en el catalizador SCR. Por ejemplo, para ciertas cargas del motor, solamente se oxida una cantidad insuficiente de NO a NO2, con el resultado de que el filtro de partículas se llenará de hollín y que el rendimiento del catalizador SCR es bajo debido a un exceso de NO. Para otras cargas del motor, la formación de NO2 en el catalizador de oxidación será demasiado elevada, con el resultado de un exceso de NO2 en la unidad SCR que tiene como resultado emisiones de NO2 y N2O. La composición de los gases de escape varía fuertemente a diferentes cargas del motor. Los procesos simultáneos que se han descrito anteriormente facilitan solamente un estrecho rango de satisfacción simultánea de oxidación de hollín y conversión de NOx con respecto a la carga del motor y las cantidades variables resultantes de diferentes tipos de componentes en los gases de escape.

35 El documento WO 2006/010506 A1 da a conocer un sistema de gases de escape para motores de combustión interna de vehículos industriales. Un catalizador reductor de nitrógeno se dispone en el tubo de escape y un dispositivo de limpieza de los gases de escape es montado más arriba, según el sentido del flujo, del catalizador reductor de óxidos de nitrógeno. El dispositivo de limpieza o depuración de los gases de escape comprende un filtro de partículas en serie con un catalizador de oxidación que está dotado de una derivación o “bypass”. Se alimenta un agente reductor de nitrógeno en los gases de escape en el bypass del catalizador de oxidación.

El documento AT 501 066 A2 da a conocer un sistema de gases de escape para motores de combustión interna para vehículos industriales, en el que una unidad de oxidación, un filtro de partículas y un catalizador reductor de

45 óxidos de nitrógeno están dispuestos de manera sucesiva en el tubo de escape. La unidad de oxidación comprende dos catalizadores de oxidación en paralelo, de manera que uno de los dos catalizadores de oxidación puede ser activado o desactivado por medio de un elemento de control.

El documento DE 10 2005 035 555 A1 da a conocer un sistema de post-tratamiento de gases de escape para motores diesel que comprende, según el sentido del flujo, un catalizador de oxidación, un catalizador SCR y un filtro de partículas. El catalizador de oxidación proporciona una derivación o bypass para un flujo de gas que puede estar controlado por una válvula, de manera que se puede conseguir la aportación deseada de NO ó NO2 en el catalizador SCR.

55 Es un objetivo de la invención dar a conocer un procedimiento de control mejorado para controlar un sistema de post-tratamiento de gases de escape para un rango más amplio de cargas del motor y composiciones de gases de escape. Otro objetivo de la invención es dar a conocer un sistema mejorado de post-tratamiento de gases de escape que puede tratar los gases de escape producidos durante un amplio rango de cargas del motor y composiciones de los gases de escape.

Los objetivos son conseguidos por las características de las reivindicaciones independientes. Las otras reivindicaciones y la descripción dan a conocer realizaciones ventajosas de la invención.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, el procedimiento de control está destinado a un sistema de post

65 tratamiento de gases de escape de un motor, en el que uno o varios componentes de los gases de escape son oxidados en el catalizador de oxidación y uno o varios componentes de los gases de escape son reducidos en el

catalizador de reducción catalítica selectiva, de manera que los gases de escape fluyen desde el catalizador de oxidación al catalizador de reducción catalítica selectiva. En vez de la expresión “catalizador de reducción catalítica selectiva” se utiliza en algunos casos su abreviatura, “catalizador SCR” en el texto. El flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación es controlado dependiendo de la proporción deseada entre los componentes, de 5 manera que los gases de escape entran en el catalizador SCR con la proporción deseada entre los componentes, y la proporción entre los componentes es establecida de manera que a una temperatura de reacción determinada en el catalizador SCR se selecciona una reacción química específica de un grupo de posibles reacciones químicas que pueden tener lugar entre los componentes de los gases de escape y el material catalizador en el catalizador SCR, de manera que la reacción química específica escogida tiene una mayor probabilidad de ser llevada a cabo que

10 cada una de las otras reacciones químicas individuales.

El control del flujo puede ser llevado a cabo de diferentes maneras, por ejemplo, utilizando una derivación (“bypass”) fija o variable que prescinda del catalizador de oxidación o cambiando la velocidad espacial del flujo de gases de escape en el catalizador de oxidación. De manera general, la velocidad espacial en un diseño de reactor químico

15 representa una relación entre el flujo volumétrico del producto alimentado y el volumen del reactor. La velocidad espacial indica el número de volúmenes del reactor de material alimentado se pueden tratar en una unidad de tiempo.

De manera favorable, el rendimiento de la reducción catalítica selectiva de los componentes de los gases de escape

20 se puede optimizar mientras al mismo tiempo se pueden conseguir buenas condiciones de funcionamiento para un filtro de partículas dispuesto entre el catalizador de oxidación y el catalizador SCR. La zona de funcionamiento en la que actúa el sistema de post-tratamiento de los gases de escape en debidas condiciones se puede ampliar en comparación con el sistema de la técnica anterior, que funciona bien solamente en las proximidades de algunos puntos del funcionamiento del motor. El procedimiento permite un eficiente post-tratamiento de los gases de escape

25 con respecto a costes, empaquetado y duración.

En una realización preferente del procedimiento de control, el control del flujo de los gases de escape se puede conseguir dividendo el flujo en una primera parte, que discurre a través del catalizador de oxidación, y una segunda parte, que discurre por una conducción de derivación o bypass que prescinde del catalizador de oxidación. Esto se

30 puede conseguir fácilmente, por ejemplo, utilizando la válvula controlable que controla la cantidad de gases de escape en el bypass. Preferentemente, no se disponen componentes catalizadores, en particular un catalizador de oxidación, en la conducción de bypass. De manera general, no obstante, se puede disponer también un componente catalizador, especialmente un catalizador de oxidación en la conducción de bypass.

35 En un control de desarrollo preferente, el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación se puede conseguir cambiando la libertad de flujo de los gases de escape en el catalizador de oxidación. Esto se puede conseguir utilizando un bypass interno dentro del catalizador de oxidación que permite variar la distribución de flujo hacia el catalizador. La distribución de flujo se puede variar, por ejemplo, por partes de recubrimiento de catalizador, bloqueando de esta manera el catalizador con respecto a los gases de escape, utilizando guías de flujo para dirigir

40 los gases de escape y/o abriendo válvulas que recubren las aberturas de entrada y/o salida en el catalizador de oxidación. Todo ello se puede combinar también con una distribución no uniforme del material catalíticamente activo con respecto al catalizador para aumentar adicionalmente el efecto. De manera general, se puede disponer un bypass externo combinado con la posibilidad de variar la velocidad espacial del flujo de gases de escape.

45 Preferentemente, la proporción se puede establecer de manera que la proporción para la reacción química seleccionada a llevar a cabo, supere la proporción para cada una de las otras reacciones químicas a llevar a cabo por, como mínimo, un factor 2, preferentemente un factor 5, particularmente preferente un factor 10. La proporción es 1/unidad de tiempo (número de reacciones/unidad de tiempo).

50 Particularmente, la proporción entre los componentes es una proporción de NO2/NO próxima a 1 y que preferentemente no supera a 1, particularmente NO2/NO=0,8±0,2, preferentemente NO2/NO=0,9±0,1 y más preferentemente NO2/NO=0,95±0,05. Escogiendo una proporción próxima a 1, es posible poner en marcha una reacción química rápida y muy eficaz que reduce NO, así como NO2 y NH3 a gas N2 y agua en presencia del catalizador SCR. No obstante, estas reacciones son típicamente más lentas y propensas a reacciones competitivas

55 que producen N2 O y similares.

De acuerdo con una realización preferente, la proporción entre los componentes se puede establecer adicionalmente

o alternativamente dependiendo de la cantidad de hollín contenido en el filtro de partículas dispuesto entre el catalizador de oxidación y el catalizador SCR. El NO2 generado en el catalizador de oxidación oxida el hollín

60 atrapado en el filtro de partículas. La cantidad de NO2 necesaria varía con la cantidad de hollín en el filtro de partículas. De manera ventajosa, la proporción entre los miembros de los componentes se puede establecer dependiendo de la cantidad de NO2 generada en el filtro de partículas. El filtro de partículas puede comprender un catalizador de oxidación y se puede producir, por lo tanto, NO2, que se añade al NO2 generado en el catalizador de oxidación.

65 De acuerdo con otra realización preferente, de manera adicional o alternativa, la proporción entre los componentes se establece dependiendo de la cantidad de NO2 generada en el catalizador de oxidación. El catalizador de oxidación puede generar NO2, tanto para la oxidación pasiva de hollín en el filtro de partículas como también para la reducción catalítica selectiva en el catalizador SCR. El NO2 generado en el filtro de partículas se hace reaccionar en

5 retorno a NO en el hollín, de manera que la cantidad de NO2 y NO formados en el filtro de partículas depende fuertemente de las condiciones del filtro de partículas, por ejemplo, de la cantidad de hollín y de la temperatura de reacción, es decir, la temperatura de los gases de escape, de manera que la reacción química específica seleccionada tiene una probabilidad más elevada de ser llevada a cabo que cada una de las otras reacciones químicas individuales.

La proporción entre los componentes se puede establecer adicionalmente o alternativamente dependiendo de la cantidad de azufre que se ha adsorbido en el catalizador de oxidación. El catalizador de oxidación adsorbe azufre a una temperatura más baja de los gases de escape y libera el azufre a temperatura por encima de 350ºC. Si las condiciones de funcionamiento del motor permiten que el catalizador de oxidación adsorba mucho del azufre

15 contenido en los gases de escape, se contaminará la formación de NO2 en el catalizador de oxidación.

De manera favorable adicionalmente o alternativamente, la proporción entre los componentes se puede establecer dependiendo de la cantidad de amoniaco facilitada en el catalizador SCR. En un catalizador SCR, el amoniaco reacciona con NOx para formar nitrógeno. En los vehículos se inyecta urea en el gas de escape y por la temperatura de los gases de escape la urea es termolizada y/o hidrolizada, pasando a amoniaco en los gases de escape y sobre el catalizador.

De manera adicional o alternativa, la velocidad espacial de los gases de escape en el catalizador de oxidación y/o la parte de gases de escape que se pueden alimentar al conductor de bypass y la proporción de gases de escape que

25 se pueden alimentar al catalizador de oxidación se pueden controlar dependiendo de parámetros de funcionamiento del motor y/o parámetros de funcionamiento de uno o varios catalizadores dispuestos en el sistema de posttratamiento del escape. Como consecuencia, un sensor de NOx ó NO2 puede ser sustituido por un sensor virtual, que utiliza un modelo del motor y del sistema de post-tratamiento de gases de escape para calcular los parámetros relevantes, particularmente el contenido de NO2 y NO en los gases de escape en la entrada del catalizador SCR. Preferentemente se dispone de parámetros, tales como flujo de gases de escape, temperaturas en el catalizador de oxidación y filtro de partículas, flujo de NO y NO2 desde el motor, flujo de hollín desde el motor y carga de hollín en el filtro de partículas. Algunos de los parámetros se pueden medir y otros parámetros se pueden calcular a partir de otros sensores y parámetros del motor.

35 De acuerdo con otro aspecto de la invención, se prevé un sistema de post-tratamiento de los gases de escape con, como mínimo, un catalizador de oxidación y un catalizador SCR dispuestos en el tubo de escape de un motor, en el que

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el flujo de gases de escape por el catalizador de oxidación es controlable dependiendo, como mínimo, de una proporción deseada entre uno o varios pares componentes, en el que los gases de escape entran en el catalizador de reducción catalítica selectiva con la, como mínimo, una proporción deseada entre uno o varios pares de componentes;

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se establece la, como mínimo, una proporción deseada entre pares de uno o varios pares de componentes en la 45 entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva;

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una determinada temperatura de reacción, o rango de temperaturas, es seleccionable y es determinada en el catalizador de reducción catalítica selectiva;

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la probabilidad de que una reacción química específica de dicho grupo de posibles reacciones químicas distintas, entre uno o varios componentes de los gases de escape y el material catalizador en el catalizador de reducción catalítica selectiva tendrá lugar aumentando por la introducción de los gases de escape en el catalizador la reducción catalítica selectiva, en el que dicha probabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es más elevada que la probabilidad de la reacción para cada una de las otras reacciones químicas no

55 seleccionadas.

Preferentemente, el sistema de post-tratamiento de gases de escape comprende una unidad sensora para controlar el flujo de los gases de escape a través del catalizador de oxidación, dependiendo, como mínimo, de una proporción deseada entre uno o varios pares de dichos uno o varios componentes, en el que los gases de escape entran en el catalizador de reducción catalítica selectiva con la, como mínimo, una proporción deseada entre el par o pares de dichos uno o varios componentes y, como mínimo, una unidad acoplada al catalizador de oxidación y/o filtro de partículas para establecer, como mínimo, una proporción deseada entre el par o pares de dichos uno o varios componentes en la entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva, en el que se selecciona y se establece una temperatura de reacción predeterminada, o rango de temperatura en el catalizador de reducción catalítica 65 selectiva. Dicho control de flujo a través del catalizador de oxidación se puede conseguir por un bypass externo que evita el catalizador de oxidación. Una válvula controlable puede variar favorablemente la parte de gas de escape que

fluye a través del catalizador de oxidación y que genera un óxido, por ejemplo, NO2 y la parte de gases de escape que pasan por la conducción de bypass. De modo general, la conducción de bypass puede ser dotada también de un catalizador de oxidación, por ejemplo, uno más pequeño o menos eficiente, de manera que la generación de óxido es llevada a cabo principalmente en el catalizador de oxidación principal que se ha derivado.

5 Alternativamente o adicionalmente, el control del flujo se puede conseguir controlando la velocidad espacial de los gases de escape que atraviesan el catalizador de oxidación. Preferentemente, se pueden disponer una o varias unidades de cierre que cierran o abren canales o áreas en el catalizador de oxidación, reduciendo o incrementando de esta manera el volumen de catalizador accesible para los gases de escape e incrementando o disminuyendo, por lo tanto, la velocidad espacial. Un incremento en la velocidad espacial tiene como resultado la disminución de material oxidado y una disminución en la velocidad espacial resulta en un incremento de material oxidado.

Preferentemente, un filtro de partículas puede ser dispuesto entre el catalizador de oxidación y el catalizador SCR. El hollín retenido en el filtro de partículas puede ser oxidado por el material oxidado, particularmente NO2, generado

15 en el catalizador de oxidación.

Una unidad de detección puede ser dispuesta para detectar la cantidad de NO2 contenida en los gases de escape que entran en el catalizador SCR. La unidad sensora puede comprender una unidad de control para controlar una válvula de una conducción de bypass externa al catalizador de oxidación y/o para controlar una o varias unidades de cierre en el catalizador de oxidación para abrir o cerrar partes del catalizador de oxidación y variar, como consecuencia, la velocidad espacial en el catalizador de oxidación. La unidad sensora puede comprender favorablemente un sensor de NO2 dispuesto en el conducto de gases de escape más abajo del filtro de partículas. Opcionalmente, la unidad sensora puede comprender un dispositivo que calcula la cantidad de NO2 y/o a proporción de NO2/NO que entra en el catalizador SCR dependiendo de parámetros funcionales del motor y/o de parámetros

25 funcionales de uno o varios catalizadores dispuestos en el sistema de post-tratamiento de escape, proporcionando de esta manera un sensor virtual.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, un programa de ordenador que se puede almacenar en un medio legible por ordenador comprende un código de programa para utilizar en un procedimiento que comprende, como mínimo, las siguientes etapas:

(a) controlar el flujo de gases de escape a través de un catalizador de oxidación dependiendo, como mínimo, de una proporción deseada entre uno o varios pares de dicho componente o componentes, de manera que los gases de escape entran en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva con la, como mínimo, una proporción deseada

35 entre el par o pares del componente o componentes;

(b)

establecer la, como mínimo, una proporción deseada entre el par o pares de uno o varios componentes en una entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva;

(c)

seleccionar una temperatura de reacción predeterminada, o rango de temperaturas, y establecerla en el catalizador de reducción catalítica selectiva;

(d)

aumentar la probabilidad de que una reacción química específica de dicho grupo de posibles reacciones químicas, entre el componente o componentes de los gases de escape y el material catalizador en el catalizador de

45 reducción catalítica selectiva tendrá lugar introduciendo los gases de escape en el catalizador de reducción catalítica selectiva, de manera que dicha probabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es mayor que la probabilidad de reacción para cada una de las otras reacciones químicas que no son seleccionadas.

La presente invención, junto con los objetivos mencionados anteriormente y otros objetivos y ventajas, se comprenderá mejor por la siguiente descripción detallada de las realizaciones, sin quedar restringida por dichas realizaciones, habiéndose mostrado esquemáticamente:

La figura 1, una primera realización de un sistema de post-tratamiento de gases de escape, de acuerdo con la invención;

55 Las figuras 2a, 2b, un sistema de post-tratamiento de gases de escape que no está de acuerdo con la invención con una velocidad espacial variable de los gases de escape en un catalizador de oxidación en diferentes modalidades de funcionamiento;

La figura 3, un detalle de un catalizador de oxidación preferente combinado con una unidad de cierre preferente;

La figura 4, proporciones dependientes de la temperatura de NO2/NOx con diferentes cargas de hollín y de azufre; y

La figura 5, una tercera realización de un sistema de post-tratamiento de los gases de escape, de acuerdo con la 65 invención, que combina una velocidad espacial variable de los gases de escape y una conducción de bypass.

En los dibujos, los elementos iguales o similares se indicarán mediante iguales numerales de referencia. Los dibujos son simplemente representaciones esquemáticas, no destinados a representar parámetros específicos de la invención. Además, los dibujos están destinados a representar solamente realizaciones típicas de la invención y, por lo tanto, no se debe considerar como limitadores del ámbito de la misma.

5 La figura 1 muestra una realización preferente de un sistema 10 de post-tratamiento de escape, de acuerdo con la invención. En orden sucesivo, un catalizador de oxidación 20, un filtro de partículas 60 y un catalizador SCR 70 están dispuestos en el conducto de escape 14 de un motor 12.

Para todas las realizaciones que se han mostrado, el catalizador de oxidación 20 puede estar dotado típicamente de un recubrimiento de un material catalíticamente activo y está previsto para oxidar uno o varios componentes de los gases de escape, tales como hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y monóxido de nitrógeno (NO). La eficiencia de la oxidación depende de la temperatura de reacción, es decir, la temperatura de los gases de escape, la velocidad espacial de los gases de escape en el catalizador de oxidación 20 y la composición de los gases de

15 escape. La temperatura en el conducto de escape 14, es decir, en el catalizador de oxidación 20, filtro de partículas 60 y catalizador SCR 70 se puede controlar con medidas conocidas en la técnica (no mostradas), tales como inyección de HC en los gases de escape, post-inyecciones tardías en el motor 12, proporcionando un quemador catalítico o de llama y similares, por ejemplo, proporcionando regeneración del filtro de partículas 60, controlando la actividad del catalizador de oxidación 20 y consiguiendo temperaturas favorables en la reducción catalítica selectiva (SCR) en el catalizador SCR 70. De manera adicional, la inyección de HC puede ser utilizada para controlar el contenido de NO2 en el sistema de post-tratamiento 10 de los gases de escape.

El catalizador de oxidación 20 es utilizado preferentemente para generar una cantidad suficiente de NO2 para oxidación pasiva del hollín retenido en el filtro de partículas 60, de acuerdo con la reacción NO+1/2 O2-NO2.

25 La función principal del filtro de partículas 60 consiste en retener materia en partículas, tal como hollín y cenizas contenidos en los gases de escape. Un sistema 10 de post-tratamiento de gases de escape de un vehículo típico requiere de uno a varios 100.000 km de conducción para llenar el filtro de partículas 60 con cenizas, y el filtro de partículas 60 puede ser vaciado de cenizas por desmontaje del filtro de partículas 60 en el momento del servicio. Para llenar el filtro de partículas 60 con hollín se requiere de uno o varios 1000 km de conducción. No obstante, el hollín puede ser quemado formando CO, lo cual se puede realizar durante el funcionamiento del vehículo.

Para algunas aplicaciones, puede ser beneficioso recubrir el filtro de partículas 60 con un material catalíticamente activo, incluyendo las características de un catalizador de oxidación en el filtro de partículas, tal como se da a

35 conocer en el documento WO2002/14657A1. Para el funcionamiento apropiado del filtro de partículas 60, es recomendable controlar la cantidad de cenizas retenidas en el filtro de partículas 60. La regeneración del filtro de partículas 60 se puede conseguir de diferentes maneras conocidas en esta técnica. Preferentemente, el NO puede ser utilizado para oxidación pasiva del hollín retenido, de acuerdo con la reacción 2NO2+C-2NO+CO2.

Para una regeneración pasiva eficiente, es necesario establecer la temperatura de los gases de escape por encima de un límite crítico, preferentemente por encima de 250ºC, y facilitar una cantidad adecuada de NO2. La cantidad de NO2 en los gases de escape alimentados al filtro de partículas 60 se puede incrementar por el catalizador de oxidación 20 por oxidación de NO2 a NO2.

45 Dependiendo de las emisiones de hollín y de NOx (NOx=NO, NO2) del motor 12, la combustión pasiva de hollín puede mantener el nivel de hollín en el filtro de partículas 60 en un valor bajo para temperaturas de escape superiores a 250ºC. No obstante, para algunas emisiones del motor, la proporción de NOx/hollín es demasiado baja para la combustión del hollín por el NO2. Como alternativa a la combustión pasiva de hollín, este puede ser eliminado por combustión mediante oxígeno a altas temperaturas, preferentemente, unos 600ºC. Este efecto puede ser conseguido al proporcionar un quemador en el sistema de post-tratamiento de escape 10 o por adición de combustible a los gases de escape que se queman en un catalizador de oxidación más arriba del filtro de partículas

60. La activación del quemador o añadidura de combustible se lleva a cabo en una fase de regeneración que típicamente se encuentra en un rango de uno a tres cuartos de hora.

55 Más abajo del filtro de partículas 60 y más arriba del catalizador SCR 70, los gases de escape contienen uno o varios componentes, tales como NO y NO2 que se pueden desoxidar en el catalizador SCR 70.

La función principal del catalizador SCR 70 consiste en reducir NOx, es decir, NO y NO2, con un reductor pasando a gas nitrógeno N2 y agua H2O. En el catalizador SCR 70, el amoniaco NH3 reacciona con NOx para formar nitrógeno. Puntualmente, en los vehículos, la urea es inyectada en los gases de escape, y por la temperatura de los gases de escape la urea es termolizada o hidrolizada en NH3 en los gases de escape y el catalizador 70. El reductor, por ejemplo, NH3 o urea, es añadido a los gases de escape más arriba del catalizador SCR 70, por ejemplo, con un inyector 62 (indicado con una flecha amplia más arriba del catalizador SCR 70). La eficiencia del catalizador SCR 70 depende fuertemente de la temperatura de los gases de escape, de la velocidad espacial de los gases de escape y

65 de la proporción NO2/NO de los gases de escape que entran en el catalizador SCR 70.

Dependiendo del tipo de NOx, se tienen tres reacciones químicas principales posibles:

(a) 4NO + 4NH3 + O2 -4N2 + 6H2O

5 (b) NO + NO2 + 2NH3 -2N2 + 3H2O

(c) 6NO2 + 8NH3 -7N2 + 12H2O

La reacción (b), es decir, en la que los gases de escape contienen NO2 y NO en cantidades iguales o casi iguales,

10 tiene la eficiencia más elevada y es eficiente a partir de temperaturas de escape de 200ºC y superiores. La reacción (a), es decir, cuando NOx en los gases de escape consiste principalmente en NO, es eficiente a 300ºC, y para la reacción (c), es decir, cuando NOx en los gases de escape consiste principalmente en NO2, la eficiencia es menor que para la reacción (a) en un catalizador SCR basado en vanadio, mientras que en un catalizador basado en zeolita es más eficiente que la reacción (a), pero no tan eficiente que la reacción (b). Además, en catalizadores basados en

15 zeolita, existe una reacción competitiva desfavorable con respecto a la reacción (c) que consiste en la generación del gas con efecto invernadero N2O:

(d) 4NO2 + 4NH3 -2N2O+2N2 + 6H2O

20 Por lo tanto, para eficiencia elevada, es ventajosa una proporción NO2/NOx de 0,5 (es decir, proporción NO2/NO de valor 1) en el catalizador SCR 70, mientras que una proporción más elevada de NO2/NO debe ser evitada debido a la menor eficiencia de un catalizador de vanadio o para evitar formación de N2O si se utiliza uno de zeolita. Además, la regeneración pasiva del filtro de partículas 60 se beneficia de una concentración elevada de NO2. Por lo tanto, la proporción ideal de NO2/NO es de 1, de manera que una proporción que, como mínimo, sea próxima a 1 es

25 favorable y se escoge preferentemente que no supere 1, es decir, particularmente se escoge una proporción de NO2/NO = 0,8 ± 0,2, preferentemente NO2/NO = 0,9 ± 0,1 y más preferentemente NO2/NO = 0,95 ± 0,05. Si la proporción NO2/NO es próxima a 1, entonces la reacción (b) tiene la mayor probabilidad de ser llevada a cabo.

Tal como se puede apreciar en la figura 4, la formación de NO2 dependerá del flujo de gases de escape y de la

30 temperatura del catalizador de oxidación 20. La figura 4 muestra la proporción NO2/NOx como función de la temperatura de reacción en el catalizador de oxidación 20 más abajo del catalizador de oxidación 20 y del filtro de partículas 60. Además de la dependencia de flujo y temperatura, el catalizador de oxidación 20 adsorbe azufre, que se puede contener en los gases de escape a temperaturas más bajas y libera el azufre a temperaturas por encima de 350ºC. Si las condiciones de conducción permiten que el catalizador de oxidación 20 adsorba una gran cantidad

35 de azufre, la formación de NO2 quedará contaminada. El contenido de NO2 después del filtro de partículas 60 dependerá también de la condición o estado del filtro de partículas 60. El filtro de partículas 60 puede tener un catalizador de oxidación aplicado como recubrimiento, de manera que existe también formación de NO2 en el mismo. Entonces, el NO2 reacciona volviendo a NO sobre el hollín y ello dependerá de la cantidad de hollín en el filtro de partículas 60 y de la temperatura.

40 Particularmente, la curva A muestra la dependencia de la temperatura de la proporción NO2/NOx con una baja carga de hollín en el filtro de partículas 60 indicativa de un máximo aproximadamente de 0,75 a una temperatura comprendida entre 250ºC y 300ºC. La curva B representa un elevado flujo de escape y baja carga de hollín indicando un máximo inferior de aproximadamente 0,6 a una temperatura más elevada de unos 300ºC que la curva

45 A. La curva C representa una elevada carga de hollín en el filtro de partículas 60, indicando un máximo todavía más bajo próximo a 0,5 a una temperatura más baja de unos 250ºC en comparación con las curvas A y B, y la curva D representa una carga baja de hollín y de azufre contaminando el catalizador de oxidación 20, indicando un máximo reducido de aproximadamente 0,5 a una temperatura más elevada entre 300ºC y 400ºC en comparación con las curvas A, B y C.

50 Cuando el motor 12 se pone en marcha, no hay carga de hollín al inicio y como consecuencia no hay combustión de hollín en el filtro de partículas 60. No obstante, se emite hollín por el motor 12 y empieza a constituirse un residuo de filtrado de hollín en el filtro de partículas 60. El residuo de filtrado de hollín es constituido hasta un grosor que corresponde a un equilibrio, en el que la velocidad a la que se recoge hollín es igual a la velocidad de reacción del

55 hollín con NO2. Para cargas más elevadas, con temperaturas de escape típicamente más elevadas, esta reacción se puede hacer más rápidamente, lo que significa que la cantidad de hollín en el filtro de partículas 60 es más reducida que a cargas bajas. El tiempo para alcanzar el equilibrio se encuentra en un rango de minutos hasta horas. Por ejemplo, al pasar de una carga baja, por ejemplo, una hora de conducción por ciudad, a una carga alta, significa que el residuo en el filtro es mucho más grueso al inicio de la fase con carga alta que después de media hora de

60 conducción.

De manera favorable, el procedimiento de control preferente puede considerar intrínsecamente la carga de hollín en el filtro de partículas 60, así como la carga de azufre en el catalizador de oxidación 20.

Preferentemente, la proporción NO2/NO es mantenida en un valor predeterminado para variar las condiciones de carga del motor 12. Preferentemente, la proporción se escoge próxima a 1 y preferentemente que no supere 1, por ejemplo, NO2/NO = 0,8 ± 0,2, preferentemente NO2/NO = 0,9 ± 0,1 y más preferentemente NO2/NO = 0,95 ± 0,05. Este efecto se puede conseguir preferentemente controlando el flujo a través del catalizador de oxidación 20 en 5 cierto modo, particularmente con ayuda de un sensor de NO2, para permitir suficiente flujo de gases de escape a través del conducto de bypass, de manera que la proporción NO2/NOx no supera 0,5 (es decir, la proporción NO2/NO no supera 1) antes de entrar en el catalizador SCR 70. De esta manera, la oxidación pasiva del hollín (C + 2NO -CO2 + 2NO) se puede conseguir también mientras la reacción SCR más rápida y selectiva (2NH3 + NO + NO2 -2N2

+ 3H2O) se hace máxima y se hacen mínimas las reacciones más lentas y no selectivas (por ejemplo, 3NO2 + 4NH3) que minimizarán las emisiones de NO2 y N2O. Preferentemente, la proporción deseada de NO2/NO que no supere 1 es establecida, de manera que la probabilidad de que se lleve a cabo la reacción química seleccionada (b) supera la probabilidad de que sea llevada a cabo para cada una de las otras reacciones químicas individuales. Dado que esta reacción tiene también una elevada eficiencia, si ambos componentes NO2 y NO se encuentran presentes, particularmente con una proporción NO2/NO próxima a 1, esta reacción será puesta en marcha automáticamente a

15 una alta velocidad. La velocidad de la reacción corresponde a la probabilidad de que la reacción química específica también se incremente.

El control puede ser conseguido de manera favorable con ayuda de un sensor de NO2 50 situado más abajo del filtro de partículas 60, tal como se ha mostrado en la figura 1. Opcionalmente, el sensor 50 puede ser situado más abajo del catalizador SCR 70 proporcionando una respuesta más lenta. El sensor de NO2 50 puede ser sustituido por un sensor virtual que calcula el contenido de NO2 a partir de parámetros disponibles, tales como flujo de escape, temperaturas en el catalizador de oxidación 20 y filtro de partículas 60, flujo de NO y NO2 del motor 12, flujo de hollín del motor 12 y carga de hollín en el filtro de partículas 60. Algunos de los parámetros pueden ser medidos y otros pueden ser calculados a partir de otros sensores y parámetros del motor.

25 El procedimiento de control preferente puede cambiar el flujo a través del catalizador de oxidación, por ejemplo, al cambiar los ajustes de las válvulas de una conducción de derivación o bypass 22 dependiendo de las señales de sensor de NO2 y NOx con, por ejemplo, un control PID estándar (PID = Proportional-Integral-Derivative, (“derivada proporcional integral”)). Se puede utilizar un control de bucle abierto al construir un mapa de 4 dimensiones basada en el flujo másico de los gases de escape, temperatura en el catalizador de oxidación 20, contenido de azufre en el catalizador de oxidación 20 y carga de hollín en el filtro de partículas 60, como parámetros de entrada. El mapa de 4 dimensiones puede ser construido basándose en curvas tales como las mostradas a título de ejemplo en la figura 4. No obstante, los dos parámetros de contenido de azufre y carga de hollín para un sensor 50 deben ser calculados de manera similar al sensor virtual.

35 Un sensor virtual de NOx es más bien de modelo complejo y consiste preferentemente de los siguientes submodelos que se reproducen:

“NOx procedente del motor”: la cantidad de NOx en la salida del motor puede ser estimada por un sensor o un modelo con las siguientes informaciones, por ejemplo: cantidad de combustible, temporización para la inyección de combustible o carga, velocidad del motor, presión del aire de entrada, temperatura del aire de entrada, cantidad de EGR (EGR = exhaust gas recycling, (“reciclado de los gases de escape”)), así como humedad del aire de entrada. Estos son parámetros del motor y de la detección de válvulas. Hay varias formas de construir el modelo. Se puede basar el mapa en el que la totalidad o, como mínimo, algunos de los parámetros relevantes son corregidos, o

45 pueden ser corregidos, por factores de corrección dispuestos en el mapa. También se puede construir un modelo con una red neural como base.

“Flujo de gases de escape”: el flujo de los gases de escape puede ser medido, o deducido del flujo de aire de admisión medido y de la cantidad de combustible, o del flujo del aire de entrada calculado a partir de la velocidad del motor, presión del aire en la admisión, temperatura del aire de la admisión, cantidad de EGR y eficiencia volumétrica del motor.

“Caudal de gases de escape en el catalizador de oxidación”: el flujo de gases de escape en el catalizador de oxidación 20 puede ser medido o calculado a partir de la apertura de las válvulas.

55 “Temperatura del catalizador”: la temperatura puede ser, por ejemplo, medida más arriba del catalizador de oxidación 20. Aplicando el filtro de señal apropiado, el valor medido junto con el flujo de los gases de escape, el catalizador de oxidación 20 como parámetro puede representar la temperatura real del catalizador. De manera alternativa, la temperatura puede ser calculada utilizando un simple balance de calor.

“Azufre en el catalizador de oxidación”: el contenido de azufre en el catalizador de oxidación 20 es previamente calculado. Por ejemplo, el cálculo puede ser deducido de los parámetros dentro de los paréntesis: (contenido de azufre en el catalizador)=(contenido de azufre en el catalizador un segundo antes)+(azufre adsorbido del escape durante un segundo)-(azufre desadsorbido durante un segundo). El parámetro “azufre adsorbido del escape durante

65 un segundo” es el contenido de azufre en el combustible y aceite de lubrificación consumidos durante dicho tiempo de un segundo multiplicado por un factor, de manera que el factor está comprendido entre 0 y 1 y tiene una dependencia de temperatura que se puede deducir, por ejemplo, de un mapa que contiene valores dependientes de la temperatura del factor. El parámetro “azufre desadsorbido durante un segundo” es el contenido de azufre en el catalizador de oxidación 20 un segundo antes multiplicado por otro factor dependiente de la temperatura que se puede deducir de la misma manera que el primer factor descrito anteriormente.

5 “Formación de NO2 en el catalizador”: la formación de NO2 en el catalizador de oxidación 20 se puede deducir por interpolación en un mapa 3D, basándose en los parámetros de flujo de gases de escape, temperatura en el catalizador y contenido de azufre. También se puede calcular utilizando un modelo físico con contenido de azufre, temperatura, flujo de gases de escape y concentración de oxígeno como parámetros de entrada. El modelo puede ser, por ejemplo, una velocidad de formación específica de NO2 que es k1·CNO; CO2 y NO2 es la velocidad de descomposición que es k2·CNO2, en la que k1 y k2 son parámetros dependientes de la temperatura y dependientes del contenido de azufre y C es la concentración de NO, NO2 y O2, respectivamente. La velocidad específica es integrada teniendo en cuenta el volumen del catalizador. Si existe un amplio rango de contenido de HC en el área de trabajo del motor o se utiliza un inyector de HC, entonces el nivel de HC es también un parámetro de entrada al

15 modelo, por ejemplo, como denominador para valores específicos (1+Ka·CHC). Ka es una constante de equilibrio (dependiente de la temperatura).

“NO2 procedente del filtro de partículas”: la cantidad de NO2 procedente del filtro de partículas es la diferencia entre la cantidad de NO2 alimentada al filtro de partículas 60, el NO2 formado en el filtro de partículas 60 (que es 0 si no hay capa catalítica en el filtro de partículas 60 para generar NO2) y el NO2 consumido por el hollín en el filtro de partículas 60. El NO2 formado en el filtro de partículas 60 puede ser calculado de la misma manera que el NO2 formado en el catalizador de oxidación 20 (ver lo anterior), preferentemente un modelo físico. El NO2 consumido por hollín en el filtro de partículas 60 es proporcional a la cantidad de hollín en el filtro de partículas 60 y se puede expresar como tasa específica k3·CNO2·Chollín. También en este caso, k3 es un parámetro dependiente de la

25 temperatura y C la concentración correspondiente de NO2 y hollín.

“Carga de hollín en el filtro de partículas”; la carga de hollín en el filtro de partículas 60 se puede deducir de la pérdida de presión medida sobre el filtro de partículas 60 y/o por aplicación de un modelo: (hollín en el filtro de partículas 60 en el momento actual)=(hollín en el filtro de partículas 60 en un tiempo anterior al tiempo actual)+(hollín emitido por el motor durante el tiempo actual)-(hollín quemado por el NO2 durante el tiempo actual). El hollín quemado por NO2 durante el tiempo actual es proporcionado por el modelo “NO2 procedente del filtro de partículas”, el hollín emitido por el motor durante el tiempo actual es proporcionado por un sensor de hollín o modelo similar al modelo “NOx procedente del motor”. La utilización de una pérdida de carga para calcular una cantidad de hollín en el filtro de partículas puede introducir algunos errores, debido al hecho de que la característica del hollín cambia con el

35 tiempo. Por lo tanto, es preferible utilizar un modelo para calcular la carga de hollín y utilizar la pérdida de carga como comprobación cualitativa del modelo.

Por control del flujo de los gases de escape a través del catalizador de oxidación 20, dependiendo de la proporción deseada entre los componentes, particularmente la proporción NO2/NO, y estableciendo la proporción entre los componentes, de manera que a una temperatura de reacción determinada en el catalizador SCR 70 se selecciona una reacción química específica, particularmente la reacción (b) de un grupo de posibles reacciones químicas (a), (b), (c), que pueden tener lugar entre los componentes de los gases de escape y el material del catalizador en el catalizador SCR 70, se consigue una eficaz eliminación de NO, NO2 y al mismo tiempo de hollín.

45 Haciendo referencia específicamente a la figura 1, que muestra una realización preferente según la invención, se proporciona un primer dispositivo de control de flujo para controlar el flujo de escape a través del catalizador de oxidación 20. El dispositivo de control de flujo está diseñado como válvula controlable 30 que controla el flujo de gases de escape al dividirlo en una primera parte que entra en el catalizador de oxidación 20 y en una segunda parte que entra en una combustión de bypass 22. Ambas partes del flujo son mezcladas nuevamente más arriba del filtro de partículas 60. La conducción de bypass 22 es dispuesta externa con respecto al catalizador de oxidación 20 a través del cual los gases de escape pueden evitar el catalizador de oxidación 20. La conducción de bypass 22 empieza en un primer punto de ramificación 16 más arriba del catalizador de oxidación 20 y termina en un segundo punto de ramificación 18 más abajo del catalizador de oxidación 20.

55 El flujo de los gases de escape por el catalizador de oxidación 20 es controlable dependiendo de la proporción deseada entre miembros de los componentes de los gases de escape, particularmente entre NO3 y NO. Una proporción predeterminada de NO2/NO se mantiene durante las variaciones de funcionamiento del motor 12. Además, de acuerdo con otra realización favorable (no mostrada), se puede disponer de un catalizador de oxidación en la conducción de bypass 22 (figura 1), permitiendo de esta manera variar la velocidad espacial del dispositivo.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 4, a título de ejemplo, el punto A1 de la curva A indica un estado estacionario con una elevada carga del motor con una carga de hollín en el filtro de partículas 60 aproximadamente a 350ºC. El tener un residuo grueso de filtro corresponde a un punto C1 en la curva C. Un procedimiento de control basado solamente en la temperatura no tiene en cuenta la gran diferencia en la cantidad de NO2 disponible. La 65 conducción de bypass 22 sería abierta para reducir el contenido de NO2 con aproximadamente ¼ de los gases de escape que han pasado por el bypass dentro del tiempo de 1 minuto, de acuerdo con una escala de tiempo típica

para la variación de temperatura del catalizador de oxidación 20. No obstante, durante este tiempo de un minuto, la carga de hollín en el filtro de partículas 60 no ha cambiado excesivamente, de manera que la proporción NO2/NO podría ser mucho más baja que la proporción preferente. Teniendo en cuenta la influencia del azufre como contaminador del catalizador de oxidación 20 (curva D), si el procedimiento de control tomara solamente en cuenta

5 la temperatura, la cantidad de NO2 sería tan baja que, en condiciones de equilibrio, se podría constituir un grosor de residuo del filtro que se podría hacer crítico para el filtro de partículas 60. De manera favorable, el procedimiento de control preferente puede tener en cuenta intrínsecamente la escala de tiempos para el cambio de la carga de hollín en el filtro de partículas 60, así como la influencia del azufre en el catalizador de oxidación 20.

10 Entre el filtro de partículas 60 y el catalizador SCR 70 se ha dispuesto un sensor 40 para detectar la cantidad de NO2 contenido en los gases de escape que entran en el catalizador SCR 70. La unidad sensora 40 comprende un sensor sensible a NO2 50 dispuestos en la conducción de escape 14 más abajo del filtro de partículas 60 y una unidad de control 42 conectada al sensor 50 y la válvula 30 con intermedio de las conducciones de datos 48 y 46, respectivamente. Opcionalmente, un dispositivo 44 puede ser acoplado a la unidad de control 42 para calcular la

15 cantidad de NO2 que entra en el catalizador SCR 70 dependiendo de los parámetros 66, tales como parámetros del funcionamiento del motor 12 y/o en parámetros de funcionamiento de uno o varios catalizadores 20, 60, 70 dispuestos en el sistema de post-tratamiento de los gases de escape 10, tal como se ha descrito anteriormente.

Las figuras 2a y 2b muestran otra realización preferente que no concuerda con la presente invención, en la que el

20 control de flujo a través del catalizador de oxidación 20 es sustituido por la variación de la velocidad espacial de los gases de escape dentro del catalizador de oxidación 20. La configuración general del sistema de post-tratamiento de escape 10 es el mismo que se ha descrito en la figura 1. Para evitar repeticiones innecesarias se explican principalmente las diferencias entre las dos realizaciones de las figuras 2a y 2b relativas al control de flujo del catalizador de oxidación 20. Para los mismos componentes y dispositivos, se hace referencia a la descripción de la

25 figura 1.

La válvula 30 de la realización de la figura 1 está sustituida en las figuras 2a y 2b por unidades que controlan la velocidad espacial de los gases de escape en el catalizador de oxidación 20, tal como una unidad de cierre 28 acoplada al catalizador de oxidación 20. A modo de ejemplo, el catalizador de oxidación 20 puede estar constituido 30 en forma de monolito de tipo panal con canales 24, 26 a través de los que pasan los gases de escape desde la entrada del catalizador a la salida del mismo. La unidad de cierre 28 puede cerrar o abrir los canales 26 del catalizador de oxidación 20 cuando se conmuta entre sus posiciones específicas de funcionamiento. El número total de los canales 24, 26 disponibles para los gases de escape en el catalizador de oxidación 20 puede variar con ayuda de la unidad de cierre 28. Si los canales 26 están cerrados por la unidad de cierre 28 en una primera posición 35 de funcionamiento (figura 2a), el flujo de gases de escape es forzado por los canales 24, disminuyendo de esta manera el volumen disponible de catalizador para los gases de escape. En este caso, solamente se produce una pequeña cantidad de NO2. Si la unidad de cierre 28 es conmutada a otra posición de funcionamiento, los canales 24 y también los canales 26 están abiertos. Los gases de escape pueden pasar por todos los canales 24 y 26, proporcionando más material catalizador para oxidar los gases de escape y facilitar un rendimiento incrementado de

40 NO2 (figura 2b).

La figura 3 muestra esquemáticamente el catalizador de oxidación 20 mostrado en las figuras 2a y 2b. El catalizador de oxidación 20 comprende una unidad de cierre 28 que comprende una serie de placas pivotantes 28a, que pueden ser inclinadas para abrir o cerrar los canales 26. En la figura 3, las placas 28a se desplazan desde la posición

45 abierta a la posición cerrada que es indicada por flechas curvadas en cada placa 28a.

Adicionalmente o alternativamente, la unidad de cierre 28 puede comprender una o varias aberturas perforadas (no mostradas) con una serie de aberturas que pueden ser desplazadas longitudinalmente sobre la cara frontal del catalizador de oxidación 20. De manera favorable, dos de dichas aberturas con diferentes separaciones entre las

50 aberturas pueden ser dispuestas de forma superpuesta en la cara frontal del catalizador de oxidación 20, y pueden ser desplazadas longitudinalmente, una con respecto a la otra, de manera que en una posición algunas aberturas de la primera abertura se solapan con aberturas de las otras aberturas y las otras aberturas de las primeras aberturas son cerradas por la otra abertura, mientras que en otra posición, todas las aberturas dan lugar al paso de gases de escape.

55 De manera alternativa o adicional, la sección transversal efectiva de los canales individuales 24, 26 se puede variar con ayuda de una unidad de cierre 28 (no mostrada) tal como se ha descrito en lo anterior.

Adicionalmente (no mostrado), los canales 24, 26 pueden mostrar, por ejemplo, diferentes diámetros y pueden estar

60 dotados de diferente material catalítico y/o dotados de diferentes densidades de material catalítico. También es posible proporcionar un gradiente de densidad del material catalítico en los canales 24 y/o canales 26. El gradiente de densidad puede ser orientado en un ángulo recto con respecto al flujo de gases de escape desde un lado del catalizador de oxidación 20 al otro. Si una unidad de cierre 28 cubre una parte de los canales 24 y/o 26 del catalizador de oxidación 20 y la tapa es retirada, el cambio de actividad catalítica es más fuerte que el aumento o

65 disminución del volumen del canal.

Otra realización (no mostrada), de un cierre preferente 28 consiste en proporcionar una placa móvil del tipo de una cámara de lentes con diafragma, que varía la superficie efectiva del catalizador 20 expuesta a los gases de escape.

Otra realización (no mostrada) de un catalizador de oxidación preferente 20 consiste en proporcionar un diseño de 5 entrada que distribuye los gases de escape a todo el área a elevadas velocidades de los gases de escape y los concentra en el centro a velocidades bajas.

La unidad de cierre 28 está acoplada a una unidad de detección 40 dispuesta para detectar la cantidad de NO2 contenida en el escape que entra en el catalizador SCR 70, y recibe señales de control de la unidad de control 42 de

10 la unidad sensora 40 con intermedio de las líneas de datos 46. El sensor sensible a NO2 50 dispuesto en la conducción de escape 14, más abajo del filtro de partículas 60, está acoplado a la unidad de control 42 mediante la conducción de datos 48. La unidad de cierre 48 puede ser combinada con vías de flujo y/o formada con las mismas, en el catalizador de oxidación 20.

15 Opcionalmente, la unidad sensora 40 puede comprender un dispositivo 44 que calcula la cantidad de NO2 que entra en el catalizador SCR 70, dependiendo de parámetros de funcionamiento del motor 12 y/o de parámetros de funcionamiento de uno o varios catalizadores 20, 60, 70, dispuestos en el sistema de post-tratamiento de escape 10 formando de esta manera un sensor virtual de NO2.

20 En particular, el sensor virtual puede formar parte de un programa de ordenador que comprende un código de software adaptado para llevar a cabo un procedimiento de control preferente o para su utilización en un procedimiento de control de acuerdo con, como mínimo, una de las características descritas anteriormente, cuando dicho programa funciona en un microordenador programable y puede ser, en particular, descargado a una unidad de soporte o uno de sus componentes cuando funciona en un ordenador conectado a Internet.

25 Los procedimientos de control preferentes, así como los sistemas de post-tratamiento de escape preferentes indicados como ejemplo, permiten controlar y minimizar en especial las emisiones de NO2 y de N2O, así como el hollín dentro de un amplia área de trabajo de carga-velocidad de un motor con la satisfactoria combustión del hollín por NO2 sin la necesidad de añadir combustible en los sistemas de post-tratamiento de escape para reducir las

30 emisiones.

De modo general, ambas realizaciones de la invención descritas anteriormente permiten el funcionamiento del sistema de post-tratamiento de gases de escape en condiciones de tiempo real. Esto es posible para la realización relativa a la conducción de derivación o bypass 22 mostrada como ejemplo en la figura 1 y la realización relativa a la

35 variación de la velocidad espacial, mostrada como ejemplo en las figuras 2a, 2b y 3.

De acuerdo con otra realización favorable, la figura 5 muestra una combinación de ambas realizaciones mostradas en las figuras 1 y 2a, 2b y 3 que comprende un sistema 10 de post-tratamiento de escape preferente dotado de una conducción de derivación 22 que prescinde del catalizador de oxidación 20, al quedar dispuesta más arriba de un

40 filtro de partículas 60, de manera que el catalizador de oxidación 20 muestra la velocidad espacial variable para controlar la creación de una determinada mezcla de gas NO2/NO requerida como entrada para el subsiguiente catalizador SCR 70. Para más detalles del dispositivo, se hace referencia a las descripciones de las figuras 1, 2a, 2b y 3.

45 Para optimizar el control en tiempo real de la proporción NO2/NO es también posible acoplar un tampón a la conducción de derivación 22 (figura 1, figura 5). Situaciones específicas de modalidades de funcionamiento del motor pueden tener lugar de manera que ciertas cantidades de los gases de escape producidos no pueden ser procesados de manera satisfactoria de acuerdo con la invención, porque el volumen de gas es demasiado grande y/o la composición de la mezcla de gas está demasiado desequilibrada. En estas situaciones, puede ser favorable

50 almacenar ciertas cantidades de gases de escape de manera controlada en un tampón intermedio conectado o conectable al sistema de gases de escape 10, más arriba y/o más abajo del catalizador 20. Este tampón podría o debería ser utilizado en una forma activa, tomando volúmenes de gases de escape en exceso del mismo o inyectando volúmenes de gases de escape faltantes en el sistema de gas de escape para optimizar la mezcla de compuestos necesaria para estabilizar la proporción deseada de NO2/NO de la mezcla de gases a lo largo de un

55 periodo de tiempo más prolongado. Este tampón podría ser un tampón fijo, en el que los gases de escape son almacenados habitualmente a una presión superior a la presión de funcionamiento (promedio) dentro de un sistema de gases de escape (el tampón podría estar conectado a una bomba que dispone gases de escape dentro del tampón, y una válvula que deja salir el tampón). De manera alternativa, se podría utilizar un tampón con paredes flexibles (tal como un globo).

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento de control para controlar una proporción de NO2/NO en un sistema de post-tratamiento de gases de escape (10) de un motor (12), en el que uno o varios componentes de los gases de escape son oxidados en el

   5 catalizador de oxidación (20) y uno o varios componentes de los gases de escape son desoxidados por medio de un grupo de posibles reacciones químicas de diferente tipo entre uno o varios componentes de los gases de escape y material catalítico dispuesto en un catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que los gases de escape pasan del catalizador de oxidación (20) al catalizador de reducción catalítica selectiva (70), en el que

   10 (a) se controla la temperatura en un conducto de escape (14), comprendiendo el catalizador de oxidación (20), un filtro de partículas (60) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70);

   (b) se controla el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20), dependiendo de la temperatura del catalizador de oxidación (20) y, como mínimo, una proporción deseada entre uno o varios pares de dichos uno o

   15 varios componentes que comprenden NO y NO2, de manera que los gases de escape entran en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, como mínimo, con una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios componentes;

   (c) se controla la, como mínimo, una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios

   20 componentes en la entrada del catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, variando el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20); caracterizado por

   (d) se selecciona una temperatura de reacción predeterminada, o un rango de temperaturas y se establece en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que aumenta la probabilidad de que tenga lugar una

   25 reacción química específica entre dicho grupo de posibles reacciones químicas diferentes, entre el componente o componentes de los gases de escape y el material catalizador del catalizador de reducción catalítica selectiva (70) al introducir los gases de escape en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, de manera que dicha probabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es más elevada que la probabilidad de reacción para cada una de las otras reacciones químicas no seleccionadas, de manera que;

   (e) la proporción entre uno o varios componentes es establecida dependiendo de la cantidad de hollín contenido en el filtro de partículas (60) dispuesto entre el catalizador de oxidación (20) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), y en el que la proporción entre dichos uno o varios componentes se establece dependiendo de la cantidad de NO2 generada en el filtro de partículas (60).
2. 2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por controlar el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20) dividiendo el flujo en una primera parte que pasa a través del catalizador de oxidación

   (20) y una segunda parte que pasa a través de una conducción de derivación (22) que prescinde del catalizador de

   oxidación (20). 40
3. 3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por controlar el flujo de los gases de escape a través del catalizador de oxidación (20) variando la velocidad espacial de los gases de escape en el catalizador de oxidación (20).

   45 4. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la proporción entre dicho uno o varios componentes es una proporción de NO2/NO próxima a 1, y que preferentemente no supera 1, particularmente una proporción de NO2/NO = 0,8 ± 0,2, preferentemente NO2/NO = 0,9 ± 0,1 y más preferentemente NO2/NO = 0,951 ± 0,05.

   50 5. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre dichos uno o varios componentes se establece dependiendo de la cantidad de NO2 generada en el catalizador de oxidación (20).

4. 6. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre dichos uno o

   varios componentes se establece dependiendo de la cantidad de azufre adsorbida en el catalizador de oxidación 55 (20).
5. 7. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre dichos uno o varios componentes se establece dependiendo de la cantidad de amoniaco facilitada en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70).
6. 8. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la proporción de gases de escape alimentados a la conducción en derivación (22) y gases de escape alimentados al catalizador de oxidación

   (20) se calcula en función de parámetros de funcionamiento del motor (12) y/o parámetros de funcionamiento de uno

   o varios catalizadores (20, 60, 70) dispuestos en el sistema de post-tratamiento de gases de escape (10). 65
7. 9. Sistema de post-tratamiento de gases de escape para controlar una proporción de NO2/NO de gases de escape, que comprende, como mínimo, una catalizador de oxidación (20) y un catalizador de reducción catalítica selectiva (70), dispuestos en una conducción de gases de escape (14) de un motor (12) que funciona con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

   (a)

   la temperatura en la conducción de los gases de escape (14) que comprende el catalizador de oxidación (20), filtro de partículas (60) y catalizador de reducción catalítica selectiva, es controlada;

   (b)

   el flujo de escape a través del catalizador de oxidación (20) está controlado por un dispositivo de control de flujo, el flujo de los gases de escape a través del catalizador de oxidación (20) es controlado en función de la temperatura del catalizador de oxidación (20) y, como mínimo, una proporción deseada entre uno o varios pares de dichos uno o varios componentes que comprenden NO y NO2, de manera que los gases de escape entran en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), como mínimo, con la proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios componentes;

   (c)

   la, como mínimo, una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios componentes en la entrada del catalizador de reducción catalítica selectiva (70) es controlada haciendo variar el flujo de gases de escape por el catalizador de oxidación (20); caracterizado porque

   (d)

   se selecciona una temperatura de reacción predeterminada o rango de temperaturas y se establece en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que aumenta la probabilidad de que una reacción química específica de dicho grupo de posibles reacciones químicas distintas entre dichos uno o varios componentes de los gases de escape y el material catalizador en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70) tenga lugar por introducción del gas de escape en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que dicha

   25 probabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es mayor que la probabilidad de reacción para cada una de las otras reacciones químicas que no se han seleccionado, de manera que el filtro de partículas (60) está dispuesto entre el catalizador de oxidación (20) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70);

   (e) la proporción entre dichos uno o varios componentes se establece en función de la cantidad de hollín contenida en el filtro de partículas (60) dispuesto en el catalizador de oxidación (20) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), y en el que la proporción entre dichos uno o varios componentes se establece en función de la cantidad de NO2 generada en el filtro de partículas (60).

   35 10. Sistema de post-tratamiento de gases de escape, según la reivindicación 9, caracterizado porque el dispositivo de control de flujo está diseñado como válvula (30) para controlar el flujo de los gases de escape por el catalizador de oxidación (20) y por una conducción de derivación (22) que prescinde del catalizador de oxidación (20) dependiendo de una proporción deseada entre miembros de los componentes.

8. 11.

   Sistema de post-tratamiento de gases de escape, según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque dichas una o varias unidades de cierre (28) están dispuestas para controlar una velocidad espacial de los gases de escape en el catalizador de oxidación (20).

9. 12.

   Sistema de post-tratamiento de gases de escape, según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado

   45 porque una unidad sensora (40) está dispuesta para detectar la cantidad de NO2 contenida en los gases de escape que entran en el catalizador de reducción catalítica selectiva (70).

10. 13.

    Sistema de post-tratamiento de gases de escape, según la reivindicación 12, caracterizado porque la unidad sensora (40) comprende un sensor (50) sensible a NO2, dispuesto en la conducción de escape (14) más abajo del filtro de partículas (60).

11. 14.

    Sistema de post-tratamiento de gases de escape, según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la unidad sensora (40) comprende un dispositivo (44) que proporciona un sensor virtual por cálculo de la cantidad de NO2 que entra en el catalizador de reducción selectiva (70), dependiendo de los parámetros de funcionamiento del

    55 motor (12) y/o de los parámetros de funcionamiento de uno o varios catalizadores (20, 60, 70) dispuestos en el sistema de post-tratamiento (10) de los gases de escape.
12. 15. Programa de ordenador almacenable en un soporte legible por ordenador, que comprende un código de programa a utilizar en un procedimiento para controlar una proporción de NO2/NO en un sistema de post-tratamiento de gases de escape (10) de un motor (12), que comprende, como mínimo, las etapas de:

    (a) controlar la temperatura en un conducto de escape (14), comprendiendo el catalizador de oxidación (20), un filtro de partículas (60) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70);

    65 (b) controlar el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20), dependiendo de la temperatura del catalizador de oxidación (20) y, como mínimo, una proporción deseada entre uno o varios pares de dichos uno o varios componentes que comprenden NO y NO2, de manera que los gases de escape entran en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, como mínimo, con una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios componentes;

    5 (c) controlar dicha, como mínimo, una proporción deseada entre dichos uno o varios pares de dichos uno o varios componentes en la entrada del catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, variando el flujo de gases de escape a través del catalizador de oxidación (20);

    (d) seleccionar una temperatura de reacción predeterminada, o rango de temperaturas, y establecerla en el

    10 catalizador de reducción catalítica selectiva (70), de manera que aumenta la probabilidad de que tenga lugar una reacción química específica entre dicho grupo de posibles reacciones químicas diferentes, entre dichos uno o varios componentes de gases de escape y el material catalizador de catalizador de reducción catalítica selectiva (70) al introducir los gases de escape en el catalizador (70) de reducción catalítica selectiva, de manera que dicha probabilidad de reacción para dicha reacción química específica seleccionada es más elevada que la probabilidad

    15 de reacción para cada una de las otras reacciones químicas no seleccionadas; de manera que

    (e) la proporción entre dichos uno varios componentes es establecida dependiendo de la cantidad de hollín contenida en el filtro de partículas (60), dispuesto entre el catalizador de oxidación (20) y el catalizador de reducción catalítica selectiva (70), y en el que la proporción entre dichos uno o varios componentes se establece dependiendo

    20 de la cantidad de NO2 generada en el filtro de partículas (60).