BR102022020858A2

BR102022020858A2 - Sistema e método para monitorar um catalisador de oxidação

Info

Publication number: BR102022020858A2
Application number: BR102022020858-1A
Authority: BR
Inventors: Trevor Joseph Ott; Cynthia Chaffin Webb; Charles Wayne Reinhardt Swart
Original assignee: Paccar Inc.
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-01-30
Also published as: EP4170142A1; US20230122537A1; US11946400B2; CA3175991A1; MX2022013110A; US20240183303A1; AU2022231782A1

Abstract

sistema e método para monitorar um catalisador de oxidação. são descritos um motor de combustão interna pobre e um sistema de pós-tratamento de escapamento com um catalisador de oxidação. um controlador determina uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape. uma temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação é determinada através do primeiro sensor de temperatura, e uma temperatura de saída em uso do fluxo de alimentação de gás de escape é determinada a jusante do catalisador de oxidação através do segundo sensor de temperatura. uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape. o catalisador de oxidação é avaliado com base na temperatura de saída esperada e na temperatura de saída em uso.

Description

INTRODUÇÃO

[001] Os sistemas de pós-tratamento de escapamento se acoplam fluidamente aos motores de combustão interna para purificar os gases de escape que são gerados como subprodutos da combustão. Os subprodutos da combustão podem incluir hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono, nitritos de óxido (NOx) e material particulado. Em geral, os sistemas de pós-tratamento de escapamento podem incluir catalisadores de oxidação, catalisadores de redução, catalisadores de redução catalítica seletiva, filtros de partículas, e outros dispositivos. Quando empregado em motores diesel de serviço pesado ou outras configurações de queima pobre, um sistema de pós-tratamento de escapamento pode incluir um catalisador de oxidação de diesel (DOC) para oxidar óxido nítrico (NO), um filtro de partículas diesel (DPF) para controle de material particulado (PM ), um ou mais sistemas de redução catalítica seletiva (SCR) para redução de NOx e/ou um catalisador de oxidação de amônia para eliminar ou minimizar o escape de amônia. A operação do motor de combustão interna e do sistema de pós-tratamento de escapamento pode ser monitorada por um ou mais dispositivos de detecção que são dispostos no fluxo de alimentação de gás de escape. A operação também pode ser determinada empregando modelos de simulação que executam dinamicamente durante a operação.

[002] Catalisadores de redução catalítica seletiva (SCRs) podem empregar redutores para reduzir moléculas de NOx a nitrogênio elementar. Um redutor é a ureia, que pode ser transformada em amônia (NH3) em um sistema de escapamento. O redutor pode ser injetado no fluxo de alimentação do gás de escape a montante de um ou vários catalisadores de SCR e pode ser armazenado em uma superfície ou capturado de outra forma para uso na redução de moléculas de NOx para nitrogênio elementar e água. O desempenho de catalisadores de SCR depende da temperatura, com o desempenho aumentado sendo relacionado às temperaturas de gás de escape aumentadas.

[003] Há uma necessidade de fornecer uma implementação de arquitetura de hardware e método para monitorar o desempenho de elementos do sistema de pós- tratamento de escapamento, incluindo o catalisador de oxidação, para melhorar as emissões de NOx de diesel para serviços pesados.

SUMÁRIO

[004] É descrito um sistema de veículo que inclui um motor de combustão interna pobre e um sistema de pós-tratamento de escapamento com um catalisador de oxidação. Um primeiro sensor de temperatura é disposto para monitorar um fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação e um segundo sensor de temperatura é disposto para monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do catalisador de oxidação. Um controlador está em comunicação com o motor de combustão interna e os primeiro e segundo sensores de temperatura. O controlador inclui um conjunto de instruções que é executável para determinar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape. Uma temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação é determinada através do primeiro sensor de temperatura, e uma temperatura de saída em uso do fluxo de alimentação de gás de escape é determinada a jusante do catalisador de oxidação através do segundo sensor de temperatura. Uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape. O catalisador de oxidação é avaliado com base na temperatura de saída esperada e na temperatura de saída em uso.

[005] Um aspecto da divulgação inclui determinar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape e determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa.

[006] Outro aspecto da divulgação inclui determinar um diferencial de temperaturaatravés do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape.

[007] Outro aspecto da divulgação inclui determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada e no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação.

[008] Outro aspecto da divulgação inclui um aquecedor de gás de escape sendo disposto no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação.

[009] Outro aspecto da divulgação inclui controlar, através do aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação, determinar o diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape, e determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação e a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação.

[010] Outro aspecto da divulgação inclui avaliar o desempenho do catalisador de oxidação e detectar uma falha relacionada ao catalisador de oxidação quando uma diferença entre a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso for maior que um limite.

[011] É apreciado que a falha relacionada ao catalisador de oxidação pode incluir uma degradação no desempenho catalítico do catalisador de oxidação devido a envenenamento ou deterioração do revestimento de lavagem, ocorrência de um vazamento de escape ou devido a outro motivo.

[012] Outro aspecto da divulgação inclui avaliar o desempenho do catalisador de oxidação com base em uma comparação de uma temperatura em desligamento esperada para o catalisador de oxidação e a temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação em que a temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação.

[013] Outro aspecto da divulgação inclui controlar, através do aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação, controlar a taxa de abastecimento e a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape e determinar um diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape. A temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de entrada e no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação.

[014] Outro aspecto da divulgação inclui um método para monitorar um catalisador de oxidação que é disposto a montante de um catalisador de SCR em um fluxo de alimentação de gás de escape de um motor de combustão interna de ignição por compressão que inclui determinar, através de um primeiro sensor de temperatura, uma temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação e determinar, através de um segundo sensor de temperatura, uma temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação. Uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de entrada. Uma falha rela-cionada ao catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação.

[015] O resumo acima não se destina a representar todas as modalidades possíveis ou todos os aspectos da presente divulgação. Em vez disso, o resumo anterior destina-se a exemplificar alguns dos novos aspectos e características divulgados neste documento. As características e vantagens acima, e outras características e vantagens da presente divulgação, serão prontamente evidentes a partir da seguinte descrição detalhada de modalidades e modos representativos para realizar a presente divulgação quando tomadas em conexão com os desenhos anexos e as reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] Uma ou mais modalidades serão agora descritas, a título de exemplo, com referência às figuras anexas, em que:

[017] A Figura 1 ilustra esquematicamente um motor de combustão interna e um sistema de pós-tratamento de escapamento que inclui um catalisador de oxidação, de acordo com a divulgação.

[018] A Figura 2 ilustra esquematicamente um fluxograma para uma rotina de controle para monitorar um catalisador de oxidação que é disposto a montante de um dispositivo de SCR de uma modalidade de um sistema de pós-tratamento de escapa- mento, de acordo com a divulgação.

[019] A Figura 3 ilustra graficamente curvas de eficiência de conversão de hi- drocarboneto para um novo catalisador de oxidação e um catalisador de oxidação degradado em relação a uma temperatura de entrada para uma modalidade de um catalisador de oxidação, de acordo com a divulgação.

[020] Os desenhos anexados não são necessariamente escalonáveis e podem apresentar uma representação um tanto quanto simplificada de vários recursos preferenciais da presente divulgação, conforme divulgado neste documento, incluindo, por exemplo, dimensões específicas, orientações, locais e formas. Os detalhes associados a esses recursos serão determinados em parte pelo aplicativo e ambiente de uso pretendidos específicos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[021] Os componentes das modalidades divulgadas, conforme descritos e ilustrados neste documento, podem ser dispostos e projetados em uma variedade de configurações diferentes. Assim, a descrição detalhada a seguir não se destina a limitar o escopo da divulgação, conforme reivindicado, mas é meramente representativa de possíveis modalidades da mesma. Além disso, embora vários detalhes específicos sejam estabelecidos na descrição a seguir para fornecer uma compreensão completa das modalidades divulgadas neste documento, algumas modalidades podem ser praticadas sem alguns desses detalhes. Além disso, para fins de clareza, certo material técnico que é compreendido na técnica relacionada não foi descrito em detalhes para evitar obscurecer desnecessariamente a divulgação. Além disso, a divulgação, conforme ilustrada e descrita neste documento, pode ser praticada na ausência de um elemento que não seja especificamente divulgado neste documento.

[022] A descrição detalhada a seguir é meramente exemplar por natureza e não se destina a limitar a aplicação e os usos. Além disso, não há intenção de estar vinculado a qualquer teoria expressa ou implícita apresentada neste documento. Ao longo dos desenhos, os números de referência correspondentes indicam partes e características semelhantes ou correspondentes. Conforme usado neste documento, os termos "sistema" e "subsistema" podem se referir a um ou uma combinação de dispositivos mecânicos e elétricos, acionadores, sensores, controladores, circuitos integra-dos específicos de aplicação (ASIC), circuitos de lógica combinatória, software, firmware e/ou outros componentes que são dispostos para fornecer a funcionalidade descrita. Conforme empregado neste documento, o termo "a montante" e termos re-lacionados referem-se a elementos que estão em direção a uma origem de uma corrente de fluxo em relação a um local indicado, e o termo "a jusante" e termos relacionados referem-se a elementos que estão longe de uma origem de uma corrente de fluxo em relação a um local indicado. O termo "modelo" refere-se a um código executável por processador ou baseado em processador e calibração associada que simula uma existência física de um dispositivo ou um processo físico. O uso de ordinais como primeiro, segundo e terceiro não implica necessariamente um senso de ordem classificado, mas pode apenas distinguir entre várias instâncias de um ato ou estrutura.

[023] Referindo-se às figuras, em que numerais de referência semelhantes correspondem a componentes similares ou similares em todas as várias figuras, a Figura 1, consistentes com modalidades divulgadas neste documento, ilustra esquematicamente elementos de uma modalidade de um sistema de pós-tratamento de es- capamento 100 para purificar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 de um motor de combustão interna 10, em que o motor de combustão interna 10 é controlado para operar principalmente em um ambiente de combustão de razão de ar/combustível de queima pobre. O sistema de pós-tratamento de escapamento 100 é configurado para purificar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 para alcançar uma primeira meta de emissões na ponteira do escapamento em uso.

[024] Um exemplo do motor de combustão interna 10 é um motor de combustão interna de ignição por compressão de múltiplos cilindros que é classificado como um motor de serviço pesado (HD) que opera em uma razão de ar/combustível pobre que varia entre uma razão de ar/combustível de 20:1 e uma razão de ar/combustível de 60:1. Em uma modalidade, o motor de combustão interna 10 é disposto em um veículo. O veículo pode incluir, sem limitação, uma plataforma móvel na forma de um veículo comercial para serviços pesados, um veículo industrial, um veículo agrícola, uma embarcação ou um trem. Alternativamente, o motor de combustão interna 10 pode ser disposto como um dispositivo estacionário, tal como para alimentar um gerador de energia elétrica. A operação do motor de combustão interna 10 é controlada por um controlador de motor 11.

[025] O fluxo de alimentação de gás de escape 15 gerada pelo motor de combustão interna 10 pode conter vários subprodutos de combustão, incluindo hidrocar- bonetos não queimados, monóxido de carbono, nitritos de óxido (NOx), material par- ticulado, etc. O fluxo de alimentação de gás de escape 15 é monitorado por um primeiro sensor de oxigênio 13, e em algumas modalidades, um segundo sensor de gás de escape do motor que é referido doravante como um primeiro sensor de NOx 14. Em uma modalidade, o primeiro sensor de oxigênio 13 é um sensor de oxigênio de banda larga que é capaz de monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 ao longo de um intervalo de razões ar/combustível de menos de 20:1 a mais de 60:1. O primeiro sensor de NOx 14 é um sensor de gás de escape do motor que é capaz de monitorar os constituintes de NOx no fluxo de alimentação de gás de escape 15 para fins de monitoramento e/ou controle da operação do motor 10 e monitoramento de um ou mais elementos do sistema de pós-tratamento de escapamento 100. Em uma modalidade, o primeiro sensor de NOx 14 pode ser suplementado ou suplantado com um modelo algorítmico executado pelo controlador que é capaz de estimar os constituintes de NOx no fluxo de alimentação de gás de escape 15 com base nos parâmetros de operação do motor. Além disso, pode haver um ou mais outros sensores de gás de escape do motor (não mostrados) que são capazes de monitorar um ou vários constituintes do fluxo de alimentação de gás de escape 15, incluindo, por exemplo, outro sensor de NOx, um sensor de temperatura, etc.

[026] O controle do motor inclui o controle de vários parâmetros operacionais do motor, incluindo o controle de estados de controle do motor para minimizar vários constituintes do gás de escape através de processos de reação química que incluem, por meio de exemplos não limitantes, oxidação, redução, filtragem e redução seletiva. Outros estados de controle do motor incluem controlar os parâmetros de operação para aquecer o motor 10 e controlar a transferência de calor para vários elementos do sistema de pós-tratamento de escapamento 100 para efetuar uma operação eficaz do mesmo. A transferência de calor para os elementos do sistema de pós-tratamento de escapamento 100 pode ser empregada para aquecimento e desligamento do catalisador,regeneração de um filtro de partículas, etc.

[027] O sistema de pós-tratamento de escapamento 100 inclui, em uma modalidade, um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) 20 que é disposto a montante de um subsistema de escapamento 30. Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento de escapamento 100 inclui apenas o subsistema de escapamento 30.

[028] Quando o sistema base de pós-tratamento de escapamento 100 inclui apenas o subsistema de escapamento 30, ele é configurado para purificar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 do motor de combustão interna 10 para alcançar uma primeira meta de emissões na ponteira do escapamento em uso. Quando o sistema de pós-tratamento de escapamento 100 inclui o primeiro catalisador de SCR 20 a montante do subsistema de escapamento 30, ele é configurado para purificar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 para alcançar uma segunda meta de emissões na ponteira do escapamento em uso, em que a segunda meta de emissões na ponteira do escapamento é inferior à primeira meta de emissões na ponteira do escapa- mento que é alcançável apenas com o subsistema de escapamento 30. As metas de emissões na ponteira do escapamento podem ser na forma de metas de emissões regulatórias que são impostas pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA, pelo Conselho de Recursos Aéreos da Califórnia, pela União Europeia ou por outros órgãos reguladores. As metas de emissões na ponteira do escapamento podem, em vez disso, estar na forma de metas de emissões internas ou do usuário, como pode ser imposto por um proprietário de frota privada.

[029] O primeiro catalisador de SCR 20 pode ser colocado em um compartimento do motor em um local sob o capô e, portanto, pode ser acoplado de forma próxima ao motor 10. O primeiro catalisador de SCR 20 pode ser acoplado fluidamente a um coletor de exaustão 12 do motor 10, ou a uma saída de fluido de um turbocompressor ou supercompressor do motor 10.Alternativamente, o primeiro catalisador de SCR 20 pode estar localizado sob a carroceria.

[030] Um primeiro sistema de distribuição de redutor 25 é disposto para injetar um redutor no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do primeiro catalisador de SCR 20. A operação do primeiro sistema de distribuição de redutor 25 pode ser controlada por um primeiro controlador 16. O primeiro sistema de distribuição de redutor 25 inclui, em uma modalidade, um injetor de redutor único 24 com um bocal de injeção que é posicionado para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do primeiro catalisador de SCR 20. O primeiro sistema de distribuição de redutor 25 é configurado para fornecer de forma controlável um fluxo medido de redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20 para facilitar a redução de NOx através do mesmo. O primeiro controlador 16 é operacionalmente conectado ao primeiro sistema de distribuição de redutor 25 e em comunicação com o primeiro sensor de NOx 14 e um primeiro sensor de temperatura 26. O primeiro controlador 16 inclui um primeiro conjunto de instruções 17 que é executável para controlar o primeiro sistema de distribuição de redutor 25 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20 com base nas entradas do primeiro sensor de NOx 14,e um segundo sensor de NOx 48 a jusante que é disposto para monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape na ponteira do escapamento a jusante do subsistema de escapamento 30,e outros sensores.

[031] Em uma modalidade, um primeiro dispositivo de aquecimento 22 é disposto para transferir calor para o fluxo de alimentação de gás de escape a montante do primeiro catalisador de SCR 20. Em uma modalidade, o primeiro dispositivo de aquecimento 20 é um elemento de aquecimento controlável que é disposto no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20. O primeiro dispositivo de aquecimento 22 pode ser um aquecedor resistivo ou elemento de aquecimento alimentado eletricamente, um queimador ou outro aquecedor, para injetar energia de calor no fluxo de gás de escape e no redutor injetado. Em uma modalidade, um primeiro sensor de temperatura 26 é disposto para monitorar a temperatura do fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20. Em uma modalidade, um terceiro sensor de gás de escape 44 é disposto para monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape 15 a jusante do primeiro catalisador de SCR 20. Em uma modalidade, o terceiro sensor de gás de escape 44 monitora os constituintes no fluxo de alimentação de gás de escape 15 para fins de monitoramento e/ou controle da operação do motor 10 e/ou do primeiro sistema de distribuição de redutor 25. O terceiro sensor de gás de escape 44 pode ser configurado para monitorar um ou mais constituintes do fluxo de alimentação de gás de escape 15, incluindo, por exemplo, um sensor de NOx, ar/combustível de amplo alcance, etc. Em uma modalidade, um segundo catalisador de oxidação (não mostrado)é disposto a montante do primeiro catalisador de SCR 20. O primeiro controlador 16 faz interface e se comunica com outros controladores, por exemplo, segundo controlador 18 e um controlador de motor, por meio de um barramento de comunicação 50.

[032] O termo "controlador" e os termos relacionados, tais como microcontro- lador, controle, unidade de controle, processador, etc., referem-se a uma ou várias combinações de Circuitos Integrados Específicos de Aplicação (ASIC), Matrizes de portas programáveis em campo (FPGA), circuitos eletrônicos, unidades de processamento centrais de leitura, por exemplo, componentes de memória não transitórios associados na forma de dispositivos de memória e armazenamento (somente leitura, somente leitura programável, acesso aleatório, disco rígido, etc.). O componente de memória não transitória é capaz de armazenar instruções legíveis por máquina na forma de um ou mais programas ou rotinas de software ou firmware, circuitos de lógica combinada, dispositivos e circuitos de entrada/saída, condicionamento de sinal, circuitos de buffer e outros componentes, que podem ser acessados e executados por um ou mais processadores para fornecer uma funcionalidade descrita. Os circuitos e dispositivos de entrada/saída incluem conversores analógicos/digitais e dispositivos relacionados que monitoram entradas de sensores, com tais entradas monitoradas em uma frequência de amostragem predefinida ou em resposta a um evento de acionamento. Software, firmware, programas, instruções, rotinas de controle, código, algoritmos e termos semelhantes significam conjuntos de instruções executáveis pelo controlador, incluindo calibrações e tabelas de pesquisa. Cada controlador executa rotina(s) de controle para fornecer as funções desejadas. As rotinas podem ser executadas em intervalos regulares, por exemplo, a cada 100 microssegundos durante a operação em andamento. Alternativamente, as rotinas podem ser executadas em respostaà ocorrência de um evento desencadeador. A comunicação entre controladores, acionadores e/ou sensores pode ser realizada usando uma conexão ponto a ponto com fio direto, uma conexão de barramento de comunicação em rede, por exemplo, barramento de comunicação 50, uma conexão sem fio ou outra conexão de comuni-cação. A comunicação inclui a troca de sinais de dados, incluindo, por exemplo, sinais elétricos através de um meio condutor; sinais eletromagnéticos através do ar; sinais ópticos através de guias de onda ópticos; etc. Os sinais de dados podem incluir sinais analógicos e/ou analógicos digitalizados discretos que representam entradas de sensores, comandos do acionador e comunicação entre controladores.

[033] Em uma modalidade, o primeiro catalisador de SCR 20 é um elemento catalítico que emprega um redutor para reduzir moléculas de NOx para formar nitrogênio elementar (N2) e outros gases inertes. Em uma modalidade, o redutor é ureia, que pode ser convertida em amônia (NH3) que é armazenada no substrato do primeiro catalisador de SCR 20. Alternativamente, o redutor pode ser amônia gasosa. O primeiro catalisador de SCR 20 inclui um substrato cerâmico ou metálico com canais de fluxo que foram revestidos com materiais adequados que incluem, por meio de exem-plosnão limitantes: metais, tais como vanádio, cobre, cério e/ou outros materiais. Os materiais revestidos efetuam reações químicas para reduzir, na presença de moléculas de amônia, NOx no fluxo de alimentação de gás de escape para formar nitrogênio elementar (N2) e outros gases inertes, sob certas condições do fluxo de alimentação de gás de escape relacionado à temperatura, taxa de fluxo, razão ar/combustível e outros.

[034] O subsistema de escapamento 30 inclui uma pluralidade de elementos de purificação de escape fluidamente conectados para purificar o gás de escape do motor antes da expulsão pela ponteira do escapamento para o ar ambiente. Um elemento de purificação de escape é um dispositivo que é configurado para oxidar, reduzir, filtrar e/ou tratar de outra forma os constituintes do fluxo de alimentação de gás de escape 15, incluindo, mas não limitado a hidrocarbonetos, monóxido de carbono, ni- tritos de oxigênio (NOx), material particulado e amônia. Na modalidade não limitante mostrada, são mostrados o primeiro, segundo, terceiro e quarto elementos de purificação de escape 32, 34, 36 e 38, respectivamente, são dispostos em série.

[035] O primeiro elemento de purificação de escape 32 pode ser um catalisador de oxidação para oxidação de hidrocarbonetos e outros constituintes no fluxo de alimentação de gás de escape 15, em certas modalidades, e é referido doravante como um catalisador de oxidação 32.

[036] O segundo elemento de purificação de escape 34 é um filtro particulado para filtrar material particulado do fluxo de alimentação de gás de escape, em uma modalidade.

[037] O terceiro elemento de purificação de escape 36 é um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), isto é, um segundo catalisador de SCR 36 em uma modalidade. Em uma modalidade, o segundo catalisador de SCR 36 é um dispositivo à base de ureia que emprega amônia gasosa para reagir com e reduzir moléculas de NOx para formar nitrogênio elementar (N2) e outros gases inertes. O redutor injetado pode ser ureia, que pode ser convertida em amônia (NH3) e armazenada no substrato do segundo catalisador de SCR 36 para reagir com e reduzir moléculas de NOx. Um segundo sistema de distribuição de redutor 41 é disposto para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15’ a montante do segundo catalisador de SCR 36.

[038] Em uma modalidade, um segundo elemento de aquecimento 35 pode ser interposto no fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do segundo elemento de purificação de escape 34 e a montante do terceiro elemento de purificação de escape 36, e pode ser, em uma modalidade, um aquecedor resistivo ou elemento de aquecimento alimentado eletricamente, um queimador ou outro aquecedor, para injetar energia de calor no fluxo de gás de escape e no redutor injetado.

[039] O quarto elemento de purificação de escape 38 pode ser um catalisador de oxidação de amônia que está disposto a jusante do segundo catalisador de SCR 36 e opera para oxidar amônia não utilizada do segundo catalisador de SCR 36 para eliminar ou minimizar o escape de amônia em uma modalidade.

[040] O segundo sistema de distribuição de redutor 41 inclui, em uma modalidade, um segundo injetor de redutor 40 com um bocal de injeção que é posicionado para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do segundo elemento de purificação de escape 34, isto é, o filtro particulado e a montante do segundo catalisador de SCR 36. O segundo sistema de distribuição de redutor 41 é configurado para fornecer de forma controlável um fluxo medido de redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15’ a montante do segundo catalisador de SCR 36 para facilitar a redução de NOx através do segundo catalisador de SCR 36.

[041] A operação do segundo sistema de distribuição de redutor 41 pode ser controlada pelo segundo controlador 18. O segundo sistema de distribuição de redutor 41 é configurado para fornecer de forma controlável um fluxo medido de redutor no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do segundo catalisador de SCR 36 para facilitar redução de NOx através do mesmo. O segundo controlador 18 está operacionalmente conectado ao segundo sistema de distribuição de redutor 41 e em comunicação com o segundo sensor de NOx 48, um segundo sensor de temperatura 42 e um terceiro sensor de temperatura 46. O segundo controlador 18 inclui um segundo conjunto de instruções 19 que é executável para controlar o sistema de distribuição de redutor 41 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15' a montante do catalisador de SCR 36 com base nas entradas dos vários sensores.

[042] Cada um dos primeiro, segundo, terceiro e quarto elementos de purificação de escape 32, 34, 36 e 38, respectivamente, inclui um substrato cerâmico ou metálico com canais de fluxo que foram revestidos com materiais adequados que incluem por meio de exemplos não limitantes: metais de grupo platina, tais como platina, paládio e/ou ródio; outros metais, tais como vanádio, cobre, cério e/ou outros materiais. Os materiais revestidos efetuam reações químicas para oxidar, reduzir, filtrar ou tratar de outra forma os constituintes do fluxo de alimentação de gás de escape sob certas condições relacionadas à temperatura, taxa de fluxo, razão ar/combustível e outros. A modalidade mostrada inclui os elementos do sistema de pós-tratamento de escapamento 100 em uma disposição, que é ilustrativa. Outras disposições dos ele-mentos do sistema de pós-tratamento de escapamento 100 podem ser empregadas dentro do escopo desta divulgação, com tais disposições incluindo a adição de outros elementos de purificação de escape e/ou omissão de um ou mais dos elementos de purificação de escape, dependendo dos requisitos da aplicação específica.

[043] Os sensores para monitorar os vários elementos de purificação de escape do subsistema de escapamento 30 incluem um segundo sensor de oxigênio 28 que é disposto no fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do catalisador de oxidação 32, o segundo sensor de NOx (a jusante) 48 e, em uma modalidade, os sensores de temperatura 42, 46. Outros sensores (não mostrados) podem incluir, por exemplo, um sensor de material particulado, um sensor de pressão delta para monitorar a queda de pressão através do catalisador de SCR 36, sensores de temperatura adicionais e/ou outros dispositivos de detecção e modelos para monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape. O segundo sensor de NOx 48 pode ter capacidade de detecção de razão ar/combustível de banda larga. Tais sensores e modelos podem ser dispostos para monitorar ou determinar parâmetros relegados ao fluxo de alimentação de gás de escape em locais específicos. Como tal, os sensores e/ou modelos acima mencionados podem ser empregados de forma vantajosa para monitorar o desempenho dos elementos de purificação de escape individuais, monitorar parâmetros associados ao desempenho de um subconjunto dos elementos de purificação de escape ou monitorar parâmetros associados ao desempenho do sistema de pós-trata- mento de escapamento 100.

[044] O primeiro controlador 16 inclui o conjunto de instruções 17 que é executável para controlar o primeiro sistema de distribuição de redutor 25 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20, em sistemas que empregam o primeiro sistema de distribuição de redutor 25. Isso inclui o primeiro conjunto de instruções 17 sendo executado para controlar o primeiro sistema de distribuição de redutor 25 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20 para alcançar uma razão de redutor/NOx alvo que é entrada para o primeiro catalisador de SCR 20 para alcançar um primeiro nível de redução de NOx alvo, em sistemas que empregam o primeiro sistema de distribuição de redutor 25. Alternativa ou adici-onalmente, o primeiro controlador do subsistema 16 controla, através do primeiro conjunto de instruções 17, o primeiro sistema de distribuição de redutor 25 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador de SCR 20 para alcançar um nível de armazenamento de amônia alvo no primeiro catalisador de SCR 20 em antecipação de uma necessidade projetada para redução de NOx e como parte do controle do fluxo de alimentação de gás de escape que é inserido no sistema de pós-tratamento de escapamento 100.

[045] O segundo controlador 18 inclui o segundo conjunto de instruções 19 que é executável para controlar o sistema de distribuição de redutor 41 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15' a montante do catalisador de SCR 36 em sistemas que empregam o segundo sistema de distribuição de redutor 41. O segundo conjunto de instruções 19 é executado para controlar o segundo sistema de distribuição de redutor 41 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15’ a montante do segundo catalisador de SCR 36 para alcançar uma razão de redutor/NOx alvo que é inserida no segundo catalisador de SCR 36 para alcançar um segundo nível de redução de NOx alvo. Alternativa ou adicionalmente, o segundo controlador 18 controla, através do segundo conjunto de instruções 19, o segundo sistema de distribuição de redutor 41 para injetar o redutor no fluxo de alimentação de gás de escape 15' a montante do segundo catalisador de SCR 36 para atingir um nível de armazenamento de amônia alvo no segundo catalisador de SCR 36 em antecipação a uma necessidade projetada de redução de NOx e como parte do controle do fluxo de alimentação de gás de escape que é introduzida no sistema de pós-trata- mento de escapamento 100.

[046] Referindo-se agora à Figura 2 com referência contínua a uma modalidade do sistema de pós-tratamento de escapamento 100 que é descrito com referênciaà Figura 1, é descrito um método e/ou algoritmo de monitoramento 200 para avaliar o catalisador de oxidação 32. Os conceitos do algoritmo de monitoramento 200 podem ser aplicados à operação de várias modalidades de um sistema de pós-tratamento de escapamento para um motor de combustão interna operando em um ambiente de razão ar/combustível pobre que tem um catalisador de oxidação disposto a montante de um catalisador de SCR e não estão limitados ao sistema de pós-tratamento de esca- pamento 100 que é descrito com referência à Figura 1. O algoritmo de monitoramento 200 pode ser implementado como código algorítmico que é executável pelo primeiro controlador 16 em uma modalidade.

[047] A operação de um catalisador de oxidação pode ser avaliada sob condições de laboratório passando hidrocarbonetos através do catalisador de oxidação ao longo de uma faixa de temperaturas e taxas de fluxo para determinar uma temperatura na qual o catalisador de oxidação começa a oxidar os hidrocarbonetos e, assim, determinar a temperatura em desligamento do catalisador de oxidação. Um parâmetro relacionado a uma temperatura em desligamento do catalisador de oxidação fornece uma aproximação de sua capacidade de oxidar moléculas de HC, CO e NO. As moléculas de NO oxidado são úteis em um catalisador de SCR a jusante para redução de NOx. Assim, a temperatura em desligamento em uso do catalisador de oxidação fornece uma indicação de sua capacidade de reduzir as emissões de escape.

[048] A temperatura em desligamento em uso de um catalisador de oxidação pode ser determinada pela medição de quantidades conhecidas de HC sobre o catalisador de oxidação em parâmetros de escape conhecidos, por exemplo, taxa de fluxo, temperatura e razão ar/combustível, e criando uma curva característica da eficiência de conversão de HC. Um aumento de temperatura esperado através do catalisador de oxidação pode ser estimado, aproximado ou determinado de outra forma com base em uma relação entre a temperatura de entrada, uma taxa de abastecimento, uma taxa de fluxo de gás de escape e outros fatores. O aumento de temperatura esperado pode ser adicionado a uma temperatura de entrada para determinar uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação, que pode ser usado para determinar uma temperatura em desligamento esperada. Uma temperatura de escape monitorada para as mesmas condições operacionais pode ser determinada como feedback usado de um ou mais sensores de temperatura de gás de escape que são dispostos a jusante do catalisador de oxidação. Assim, uma referência da condição do catalisador de oxidação pode ser determinada e comparada ao desempenho de um novo sistema.

[049] Referindo-se à modalidade descrita na Fig. 1, o primeiro elemento de aquecimento 22 é um elemento de aquecimento controlável que é disposto no fluxo de alimentação de gás de escape 15 a montante do primeiro catalisador SCR 20 e pode ser empregado para controlar o gás de escape a uma temperatura que é maior do que uma temperatura que pode ser alcançada pela operação do motor 10 sozinho. A capacidade de manipular a temperatura do gás de escape facilita a medição in situ da capacidade do catalisador de oxidação de oxidação de HC em várias temperaturas e, assim, determina uma temperatura em desligamento do catalisador de oxidação. A temperatura em desligamento do catalisador de oxidação é a temperatura na qual o catalisador de oxidação oxida 50% do HC. A temperatura em desligamento de um novo catalisador de oxidação pode ser determinada durante o desenvolvimento do motor como parte da validação.

[050] Referindo-se novamente à Figura 2, os conceitos descritos com referência ao algoritmo de monitoramento 200 incluem controlar a temperatura do fluxo de alimentação de gás de escape 15 empregando o primeiro elemento de aquecimento 22 e manipulando a operação do motor de combustão interna 10 para controlar a temperatura de entrada ao longo de uma faixa de temperatura para determinar a temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação, fornecendo, assim, uma indicação da capacidade de redução de emissões do catalisador de oxidação. O algoritmo de monitoramento 200 é ilustrado como uma coleção de blocos em um grá-fico de fluxo lógico, que representa uma sequência de operações que podem ser implementadas em componentes de hardware, software e/ou firmware que foram configurados para executar as funções especificadas. No contexto do software, os blocos representam instruções de computador que, quando executadas por um ou mais pro-cessadores, executam as operações citadas. Além disso, embora as várias etapas mostradas no diagrama de fluxograma pareçam ocorrer em uma sequência cronológica, pelo menos algumas das etapas podem ocorrer em uma ordem diferente e algumas etapas podem ser realizadas simultaneamente ou não. Por conveniência e clareza de ilustração, o algoritmo de monitoramento 200 é descrito com referência ao motor de combustão interna 10 e ao sistema de pós-tratamento de escapamento 100 mostrado na Figura 1.

[051] A execução do algoritmo de monitoramento 200 pode proceder da seguinte forma. Conforme empregado neste documento, o termo "1" indica uma resposta na afirmativa, ou "SIM", e o termo "0" indica uma resposta na negativa, ou "NÃO".

[052] Antes de executar o algoritmo de monitoramento 200 para operação de monitoramento em uso do catalisador de oxidação 32, uma avaliação off-line pode ser conduzida para caracterizar os parâmetros de temperatura em desligamento para o catalisador de oxidação 32 (Etapa 201). O teste de caracterização do catalisador de oxidação 32 pode ser realizado fora do veículo e em um ambiente de laboratório durante o desenvolvimento do sistema de escapamento e do motor usando uma amostra representativa do catalisador de oxidação 32. O teste de caracterização pode incluir o controle da operação do motor em uma faixa de condições de velocidade e carga (isto é, combustível) para controlar uma temperatura de entrada para o catalisador de oxidação enquanto monitora uma temperatura de saída do catalisador de oxidação e uma eficiência de conversão de hidrocarboneto correspondente. A temperatura em desligamento é definida como a temperatura na qual a eficiência de conversão de hidro- carboneto é de 50%. A amostra representativa do catalisador de oxidação 32 pode ser submetida a uma matriz de temperaturas de gás de escape, taxas de abastecimento e taxas de fluxo de gás de escape para determinar a temperatura em desligamento do catalisador de oxidação. Os detalhes relacionados ao teste de caracterização para determinar uma temperatura em desligamento para um catalisador de oxidação sob condições ambientais controladas são conhecidos e, portanto, não descritos neste documento. Os parâmetros relacionados à temperatura em desligamento alvo para uma modalidade do catalisador de oxidação 32 podem ser capturados e armazenados como uma tabela de consulta em um dispositivo de memória não volátil do segundo controlador 18 para referência durante a operação do motor.

[053] O algoritmo de monitoramento 200 replica no veículo uma porção do teste de caracterização descrito com referência à Etapa 201 para manipular a temperatura do gás de escape in situ e medir a capacidade do catalisador de oxidação de oxidar HC em várias temperaturas para determinar uma temperatura em desligamento do catalisador de oxidação em uso.

[054] A operação do algoritmo de monitoramento 200 procede da seguinte forma. Os parâmetros do motor de combustão interna 10 e do sistema de pós-trata- mento de escapamento 100 são monitorados periodicamente durante o uso (Etapa 202). Isso inclui parâmetros de monitoramento relacionados à velocidade e carga do motor, temperaturas do gás de escape, operações do segundo sistema de distribuição de redutor 41 que está a montante do segundo catalisador de SCR 36 e do primeiro sistema de distribuição de redutor 25 que está a montante do primeiro catalisador de SCR 20, quando empregados, eventos de regeneração para o segundo elemento de purificação de escape 34, ou seja, o filtro particulado que está posicionado a jusante do catalisador de oxidação 32, etc. Isso também inclui o monitoramento da ocorrência de falhas, como a presença de um código indicador de mau funcionamento que é gerado por um algoritmo de diagnóstico integrado (OBD) 21 que pode ser executado pelo controlador do motor 11.

[055] Os parâmetros do mecanismo monitorados e outros parâmetros de controle e desempenho são avaliados para determinar se há um evento desencadeador que comanda uma avaliação do catalisador de oxidação 32 (204). Exemplos não limi- tantes de eventos desencadeadores que podem comandar a avaliação do catalisador de oxidação 32 incluem a ocorrência de um código de falha OBD relacionado a um elemento do sistema de pós-tratamento de escapamento 100, ou a ocorrência de uma quantidade excessiva de eventos de regeneração para o filtro de partículas 34.

[056] Quando nenhum evento de acionamento estiver presente (Etapa 204(0)), a operação do motor de combustão interna 10 continua a ser monitorada em uso. Nenhum teste adicional é executado.

[057] Quando um ou vários eventos desencadeadores estiverem presentes (Etapa 204(1)), uma solicitação para avaliar o catalisador de oxidação será gerada (Etapa 206). A solicitação para avaliar o catalisador de oxidação 32 pode estar na forma de uma solicitação para um teste intrusivo off-line, em que a operação do motor 10 é comandada para estados operacionais de velocidade/carga específicos em um dinamômetro ou outro ambiente fixo, e os elementos do sistema de pós-tratamento 100, por exemplo, o primeiro elemento de aquecimento 22, são controlados para alcançar uma temperatura alvo no fluxo de alimentação de gás de escape 15. Os parâmetros de dados são então capturados e analisados de acordo com as etapas 208 a 224.

[058] Alternativamente, a solicitação para avaliar o catalisador de oxidação 32 pode estar na forma de um teste passivo em uso, em que a operação do motor 10 é monitorada e estados operacionais específicos de velocidade/carga são identificados. Coincidentemente, os elementos do sistema de pós-tratamento 100, por exemplo, o primeiro elemento de aquecimento 22, podem ser controlados para alcançar uma temperatura alvo no fluxo de alimentação de gás de escape 15. Os parâmetros de dados podem ser capturados e analisados de acordo com as etapas 208 a 224.

[059] A solicitação para avaliar o catalisador de oxidação 32 pode ser comunicada a um operador através de uma lâmpada de painel de instrumentos a bordo e/ou uma tela de entretenimento informativo no veículo. Alternativa ou adicionalmente, a solicitação para avaliar o catalisador de oxidação 32 pode ser comunicada sem fio a um centro de serviço de veículos. Em qualquer um desses casos, a avaliação do catalisador de oxidação 32 pode ser realizada intrusivamente após o motor 10 ser disponibilizado em um ambiente estacionário, como um centro de serviço. O relatório pode ser na forma de um relatório da temperatura em desligamento do catalisador (Etapa 219) e uma indicação de uma condição de falha (etapa 222) ou uma condição de ausência de falha (etapa 224).

[060] A solicitação para executar a avaliação do catalisador de oxidação 32 pode, em vez disso, ser comunicada a um controlador no veículo, por exemplo, o controlador do motor 11, para solicitar que o controlador no veículo avalie o catalisador de oxidação 32 de acordo com o procedimento descrito nas etapas 210 a 220. Novamente, o relatório pode estar na forma de um relatório da temperatura em desligamento do catalisador (Etapa 219) e uma indicação de uma condição de falha (etapa 222) ou de uma condição sem falha (etapa 224).

[061] Antes de avaliar o catalisador de oxidação 32, as condições de entrada são monitoradas para determinar se o sistema de pós-tratamento de escapamento 100 está em condição de executar o algoritmo de monitoramento 200 para alcançar um resultado preciso. As condições de entrada incluem, por meio de exemplos não limitantes, determinar que o sistema de pós-tratamento de escapamento 100 está em uma condição de aquecimento e determinar que o sistema de distribuição de redutor a montante, por exemplo, o primeiro sistema de distribuição de redutor 25, foi desativado de modo que o primeiro catalisador SCR 20 não esteja sendo usado para reduzir ativamente as emissões de NOx.

[062] A avaliação do catalisador de oxidação 32 procede da seguinte forma. A operação do motor de combustão interna 10 é controlada e/ou monitorada para determinar uma taxa de abastecimento, uma taxa de fluxo de ar no fluxo de alimentação de gás de escape 15 e uma temperatura de entrada para o catalisador de oxidação32, isto é, temperatura de entrada Tin (Etapa 210). A taxa de abastecimento inclui combustível que é injetado no motor de combustão interna para poder de combustão e para passagem para o fluxo de alimentação de gás de escape para oxidação no catalisador de oxidação 32. Como tal, a taxa de abastecimento pode incluir uma ou uma combinação de injeção de combustível de combustão do motor e combustível pós-combustão que é injetado na câmara de combustão do motor. A taxa de abastecimentotambém pode incluir combustível que é injetado no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação 32 que se destina à oxidação do mesmo.

[063] Em uma modalidade, o processo para determinar uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação (Tout-e) é um teste passivo no qual os parâmetros relacionados à taxa de abastecimento, o fluxo de ar de massa de escape e a temperatura de entrada Tin monitorados (Etapa 210). Coincidentemente, a temperatura do gás de escape na saída do catalisador de oxidação 32, ou seja, Tout-m, é monitorada (Etapa 212). Um intervalo diferencial ΔTexh de temperatura é determinado (Etapa 214), e a temperatura em desligamento do catalisador esperada (Etapa 216) e uma temperatura em desligamento do catalisador em uso (Etapa 218) são determinadas, avaliadas e relatadas (Etapa 219).

[064] Em uma modalidade, o processo para determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação (Tout-e) é um teste intrusivo no qual os parâmetros relacionados à taxa de abastecimento, o fluxo de ar da massa de escape, e a temperatura de entrada Tin são iterativamente selecionados (Etapa 208) e a operação do motor de combustão interna 10 e do primeiro elemento de aquecimento 22 é controlada sob condições de estado estável para alcançar os parâmetros selecionados para a taxa de abastecimento, fluxo de ar em massa de escape, e temperatura de entrada Tin (Etapa 210). A temperatura do gás de escape na saída do catalisador de oxidação 32, isto é, Tout-m, é monitorada (Etapa 212) e a temperatura diferencial ΔTexh é determinada (Etapa 214). A temperatura em desligamento do catalisador esperada (Etapa 216) e uma temperatura em desligamento do catalisador em uso (Etapa 218) são determinadas, avaliadas e relatadas (Etapa 219). O processo iterativo replica no veículo a matriz de temperaturas de gás de escape, taxas de combustível e taxas de fluxo de gás de escape que são usadas para caracterizar a amostra representativa do catalisador de oxidação 32 para determinar a temperatura em desligamento do catalisador de oxidação, conforme descrito na Etapa 201.

[065] A avaliação da temperatura em desligamento do catalisador em uso in- clui a comparação da temperatura em desligamento do catalisador esperada da Etapa 216 e da temperatura em desligamento do catalisador em uso da Etapa 212 (Etapa 220).

[066] O diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação 32, isto é, ΔTexh é determinado com base nos parâmetros de operação do motor, na temperatura de entrada Tin na temperatura de saída em uso Tout-m (Etapa 214).

[067] O diferencial de temperatura é determinado com base na seguinte rela-cao: em que: ΔTexhrepresenta o diferencial de temperatura, mHC representa uma taxa de fluxo de massa de HC que é determinada com base na taxa de abastecimento, LHVHC representa um valor de aquecimento mais baixo de combustível, Cpexh representa um calor específico do fluxo de alimentação de gás de escape a uma pressão constante, e mexh representa a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape.

[068] A temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação Tout-e é determinada pela combinação do diferencial de temperatura ΔTexh e a temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação Tin, conforme a seguir (Etapa 218).

[069] A temperatura de saída esperada Tout-e da Etapa 218 é comparada com a temperatura de saída em uso Tout-m da Etapa 212 (Etapa 220).

[070] Quando a temperatura de saída esperada Tout-e for aproximadamente igual ou menor que uma diferença de temperatura limite em relação à temperatura de saída em uso Tout-m (Etapa 220)(1), nenhuma falha é indicada (Etapa 224) e essa iteração do algoritmo de monitoramento 200 termina.

[071] Quando a temperatura de saída esperada Tout-e for maior do que a temperatura de saída em uso Tout-m por mais do que uma diferença de temperatura limite (Etapa 220)(1), uma falha é indicada (Etapa 222), e esse resultado pode ser comunicado ao operador do veículo e/ou ao centro de serviço, e essa iteração do algoritmo de monitoramento 200 termina. A falha pode estar na forma de um vazamento de exaustão, um substrato catalisador fraturado ou fragmentado, uma degradação no desempenhocatalítico devido a envenenamento ou deterioração do revestimento de lavagem, etc. A diferença de temperatura limite é um valor calibrado que é específico da aplicação e é determinado com base nas características do catalisador específico e na configuração do sistema de pós-tratamento de escapamento, requisitos regula- tórios e outros fatores.

[072] Desta forma, um teste in situ pode ser empregado para determinar uma temperatura em desligamento do catalisador de oxidação em uso, replicando uma porção do teste de caracterização descrito com referência à Etapa 201, manipulando a temperatura do gás de escape para medir a capacidade do catalisador de oxidação de oxidar HC em várias temperaturas para determinar uma temperatura em desligamento do catalisador de oxidação em uso.

[073] A Figura 3 ilustra graficamente as curvas de eficiência de conversão de hidrocarboneto para um novo catalisador de oxidação (302) e um catalisador de oxidaçãodegradado (304) em relação a uma temperatura de entrada para uma modalidade do catalisador de oxidação 32 que é descrito com referência à Figura 1. A temperatura de entrada 310 é representada no eixo horizontal e a eficiência de conversão de hidrocarboneto 320 é representada no eixo vertical. A temperatura em desligamentoé definida como a temperatura na qual a eficiência de conversão de hidrocarboneto é de 50%. São indicadas uma temperatura em desligamento (303) para o novo catalisador de oxidação (302) e uma temperatura em desligamento (305) para o catalisador de oxidação degradado (304). Como mostrado, a temperatura em desligamento aumenta conforme a eficiência de conversão de hidrocarboneto se de-grada, e essa característica pode ser usada pelo algoritmo de monitoramento 200 para monitorar o desempenho do catalisador de oxidação 32 em uso.

[074] Conforme usado neste documento, os termos "sistema" e "subsistema" podem se referir a um ou uma combinação de dispositivos mecânicos e elétricos, aci- onadores, sensores, controladores, circuitos integrados específicos de aplicação (ASIC), circuitos de lógica combinatória, software, firmware e/ou outros componentes que são dispostos para fornecer a funcionalidade descrita. Conforme empregado neste documento, o termo "a montante" e termos relacionados referem-se a elementos que estão em direção a uma origem de uma corrente de fluxo em relação a um local indicado, e o termo "a jusante" e termos relacionados referem-se a elementos que estão longe de uma origem de uma corrente de fluxo em relação a um local indicado. Conforme empregado neste documento, o termo "modelo" refere-se a um códigoexecutável por processador ou baseado em processador e calibração associada que simula uma existência física de um dispositivo ou um processo físico. Conforme usado neste documento, os termos "dinâmico"e "dinamicamente" descrevem etapas ou processos que são executados em tempo real e são caracterizados pelo monitoramento ou determinação de estados de parâmetros e atualização regular ou periódica dos estados dos parâmetros durante a execução de uma rotina ou entre iterações de execução da rotina. Conforme empregado neste documento, os termos "calibração", "calibrado" e termos relacionados referem-se a um resultado ou processo que correlaciona um parâmetro desejado e um ou vários parâmetros percebidos ou observados para um dispositivo ou um sistema. Uma calibração, conforme descrita neste documento, pode ser reduzida a uma tabela de pesquisa paramétrica armazenável, uma pluralidade de equações executáveis ou outra forma adequada que pode ser empregada como parte de uma rotina de medição ou controle. Conforme empregado neste documento, um parâmetro é definido como uma quantidade mensurável que representa uma propriedade física de um dispositivo ou outro elemento que é discernível usando um ou mais sensores e/ou um modelo físico. Um parâmetro pode ter um valor discreto, por exemplo, “1” ou “0”, ou pode ter um valor infinitamente variável. O uso de ordinais como primeiro, segundo e terceiro não implica necessariamente um senso de ordem classificado, mas pode apenas distinguir entre várias instâncias de um ato ou estrutura.

[075] A descrição detalhada e os desenhos ou figuras são de apoio e descritivo dos presentes ensinamentos, mas o escopo dos presentes ensinamentos é definido unicamente pelas reivindicações. Embora alguns dos melhores modos e outras modalidades para a realização dos presentes ensinamentos tenham sido descritos em detalhes, existem vários projetos e modalidades alternativos para praticar os presentes ensinamentos definidos nas reivindicações.

Claims

1. Método para monitorar um catalisador de oxidação que está fluidamente acoplado a um fluxo de alimentação de gás de escape do motor de combustão interna de ignição por compressão, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: determinar, através de um primeiro sensor de temperatura, uma temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação; determinar, através de um segundo sensor de temperatura, uma temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação; determinar, através de um controlador, uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada; e avaliar o desempenho do catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: determinar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que determinar, através do controlador, a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape compreende: determinar um diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na seguinte relação: em que: ΔTexhrepresenta o diferencial de temperatura, mHC representa uma taxa de fluxo de massa de HC que é determinada com base na taxa de abastecimento, LHVHC representa um valor de aquecimento mais baixo de combustível, Cpexh representa um calor específico do fluxo de alimentação de gás de escape a uma pressão constante, e mexh representa a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidação com base no diferencial de temperatura e na temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar, através de um aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação; determinar um diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidação com base no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação e a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a avaliação do desempenho do catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação compreende a detecção de uma falha relacionada ao catalisador de oxidação quando uma diferença entre a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso é maior que um limite.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a avaliação do desempenho do catalisador de oxidação com base em uma temperatura em desligamento esperada para o catalisador de oxidação e uma temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação, em que a temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação é determinada com base na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a avaliação do catalisador de oxidação com base na temperatura em desligamento esperada para o catalisador de oxidação e a temperatura em desligamento em uso para o catalisador de oxidação compreende a detecção de uma falha relacionada ao catalisador de oxidação apenas quando a temperatura em desligamento em uso exceder a temperatura em desligamento esperada em uma quantidade que seja maior que um limite.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar, através de um aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação; controlar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; determinar um diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidaçãocom base na temperatura de entrada e no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação.

9. Método para monitorar um catalisador de oxidação que é disposto a montante de um catalisador de SCR em um fluxo de alimentação de gás de escape de um motor de combustão interna de ignição por compressão, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: determinar, através de um primeiro sensor de temperatura, uma temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação e determinar, através de um segundo sensor de temperatura, uma temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação; determinar, através de um controlador, uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada; e detectar uma falha relacionada ao catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: determinar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidaçãocom base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: controlar, através de um aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação; controlar, através do controlador, uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape;determinar um diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimen- tação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxida çãocom base na temperatura de entrada e no diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: determinar o diferencial de temperatura através do catalisador de oxidação com base na seguinte relação: em que: ΔTexhrepresenta o diferencial de temperatura, mHC representa uma taxa de fluxo de massa de HC que é determinada com base na taxa de abastecimento, LHVHC representa um valor de aquecimento mais baixo de combustível, Cpexh representa um calor específico do fluxo de alimentação de gás de escape a uma pressão constante, e mexh representa a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidação com base no diferencial de temperatura e na temperatura de entrada a montante do catalisador de oxidação.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a detecção da falha relacionada ao catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e na temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação compreende a detecção da falha quando uma diferença entre a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação for maior que um limite.

14. Sistema de veículo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um motor de combustão interna pobre; um sistema de pós-tratamento de escapamento acoplado de forma fluida ao motor de combustão interna, o sistema de pós-tratamento de escapamento incluindo um catalisador de oxidação; um primeiro sensor de temperatura disposto para monitorar um fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação; um segundo sensor de temperatura disposto para monitorar o fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do catalisador de oxidação; um controlador, em comunicação com o motor de combustão interna e o primeiro e segundo sensores de temperatura; o controlador incluindo um conjunto de instruções que é executável para: determinar uma taxa de abastecimento e uma taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; determinar, através do primeiro sensor de temperatura, uma temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidaçãoe determinar, através do segundo sensor de temperatura, uma temperatura de saída em uso do fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do catalisador de oxidação; determinar uma temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e avaliar o catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada e na temperatura de saída em uso.

15. Sistema de veículo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de instruções é executável para determinar a temperatura de saída esperada a partir do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape que compreende o conjunto de ins-truções ser executável para: determinar um diferencial de temperatura com base na seguinte relação: em que: ΔTexhrepresenta o diferencial de temperatura, mHC representa uma taxa de fluxo de massa de HC que é determinada com base na taxa de abastecimento, LHVHC representa um valor de aquecimento mais baixo de combustível, Cpexh representa um calor específico do fluxo de alimentação de gás de escape a uma pressão constante, e mexh representa a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base no diferencial de temperatura e na temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação.

16. Sistema de veículo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de instruções ser executável para avaliar o catalisador de oxidação com base na temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso do fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do catalisador de oxidação compreende o conjunto de instruções ser executável para indicar uma falha relacionada ao catalisador de oxidação quando uma diferença entre a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso do fluxo de alimentação de gás de escape a jusante do limite de oxidação for maior do que o catalisador de oxidação.

17. Sistema de veículo de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de pós-tratamento de escapamento compreende ainda um aquecedor de gás de escape disposto no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação; e em que o conjunto de instruções é executável para: controlar, através do aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação; e determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape.

18. Sistema de veículo de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de pós-tratamento de escapamento compreende ainda um aquecedor de gás de escape disposto no fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação; e em que o conjunto de instruções é executável para: controlar, através do aquecedor de gás de escape, a temperatura de entrada do fluxo de alimentação de gás de escape a montante do catalisador de oxidação; controlar a taxa de abastecimento e a taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape; e determinar a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação com base na temperatura de entrada, na taxa de abastecimento e na taxa de fluxo de massa do fluxo de alimentação de gás de escape.

19. Sistema de veículo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda o conjunto de instruções sendo executável para detectar uma falha no catalisador de oxidação quando uma diferença entre a temperatura de saída esperada do catalisador de oxidação e a temperatura de saída em uso a jusante do catalisador de oxidação for maior do que um limite.

20. Sistema de veículo, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de pós-tratamento de escapamento inclui um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) disposto a jusante do catalisador de oxidação.