ES2211431T3 - Procedimiento de control auto-adaptable para un sistema de escape de un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un método de control autoadaptable para un sistema de escape de motores de combustión interna con encendido controlado; comprendiendo el sistema de escape un motor (2), un precatalizador (4), medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), con una capacidad máxima inicial (CM) y una capacidad máxima disponible (CMD), que se obtiene multiplicando la capacidad máxima inicial (CM) por un coeficiente de envejecimiento (KAGN) comprendido entre 0 y 1 y que indica la cantidad de óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre que pueden almacenarse en el medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), medio de sensor de oxígeno (7) dispuesto corriente abajo del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5) y generando, al menos, una señal de composición corriente abajo (V2) proporcional a la valoración de oxígeno corriente abajo (V); comprendiendo este método las etapas de realización de al menos un proceso de regeneración del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), y llevando al cabo, al menos, un proceso dedesulfurización del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5); estando caracterizado el método porque comprende la posterior etapa de actualización del valor del coeficiente de envejecimiento (KAGN) después de cada uno de los citados procesos de regeneración en función de la señal de composición corriente abajo (V2) y de acuerdo con las siguientes etapas: el cálculo de un flujo de monóxido de carbono corriente abajo (COV) como función de la señal de composición corriente abajo (V2) (310); el cálculo de una masa de monóxido de carbono corriente abajo (COVTOT) como función de este flujo de monóxido de carbono corriente abajo (COV) (320); la comparación de esta masa de monóxido de carbono corriente abajo (COVTOT) con una masa umbral (COTH) (330); si la masa de monóxido de carbono corriente abajo (COVTOT) es mayor que la masa umbral (COTH), el cálculo de un coeficiente actualizado de envejecimiento (KAGN) (340) reduciendo el coeficiente real de envejecimiento (KAG) en un valor predeterminado(KDEC); siendo el coeficiente actualizado de envejecimiento (KAGN) posteriormente utilizado para calcular un valor actualizado de la capacidad máxima disponible (CMD), multiplicando la capacidad máxima inicial (CM) por el coeficiente actualizado de envejecimiento (KAGN).

Description

Procedimiento de control auto-adaptable para un sistema de escape de un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un método de control autoadaptable para un sistema de escape de motores de combustión interna con encendido controlado.

Es sabido que la composición de los gases de escape producidos en motores con encendido controlado (por ejemplo, en motores de gasolina o gas en los que la combustión de la mezcla de aire/combustible se detona como resultado de una instrucción del sistema de control del motor mediante el encendido de una chispa en un momento determinado), depende, entre otras cosas, de la composición de la mezcla de aire/combustible que se inyecta en los cilindros. Estos motores pueden trabajar, en particular, utilizando una mezcla de combustible pobre, es decir, cuya relación (A/F) es superior a la relación estequiométrica (A/F)_{ST} o, de una forma equivalente, una valoración \lambda, definida por la relación(A/F)/(A/F)_{ST}, superior a 1. En estas circunstancias, los gases de escape forman una atmósfera muy oxidante debido a lo cual deja de ser suficiente el catalizador normal de tres vías (TWC) para eliminar el componente de óxidos de nitrógeno NOx producido durante la combustión. Como ilustra la Figura 1, la eficiencia de eliminación de los óxidos de nitrógeno \eta_{NOx} con un catalizador normal de tres vías es muy elevada y próxima a 1 cuando el motor trabaja con una mezcla rica de aire/combustible (cuya relación (A/F) es inferior a la relación estequiométrica (A/F)_{ST} o, de una forma equivalente, una valoración \lambda inferior a 1), pero se deteriora rápidamente con valores de la relación (A/F) mayores que el de la relación estequiométrica (A/F)_{ST}. Por el contrario, la eficiencia de eliminación del monóxido de carbono \eta_{co} y, respectivamente, de los hidrocarburos no quemados \eta_{HC}, es baja en presencia de una mezcla rica de aire/combustible y próxima a 1 cuando la mezcla de aire/combustible es pobre.

Una solución comúnmente utilizada es disponer corriente abajo de un precatalizador de tres vías, un catalizador principal formado por una trampa con capacidad para absorber y almacenar los óxidos de nitrógeno (la llamada TRAMPA de NOx). Pero cuando la trampa se satura, ya no puede desempeñar esta función y, en consecuencia, debe vaciarse por medio de un proceso de regeneración que consiste en crear dentro de la trampa una atmósfera para que dé lugar a reacciones de reducción de los óxidos de nitrógeno NOx. Durante estas reacciones, se libera nitrógeno molecular N_{2}, vapor y otros productos no contaminantes. La atmósfera reductora se obtiene haciendo que fluya a la trampa una mezcla de gases de escape compuesta principalmente de monóxido de carbono CO e hidrocarburos no quemados HC y sustancialmente libres de óxidos de nitrógeno NOx, como ocurre cuando el motor funciona con una mezcla rica de aire/combustible. En este caso, hay un exceso de producción de monóxido de carbono CO y de hidrocarburos no quemados HC que el catalizador de tres vías no puede eliminar debido a que no es muy eficiente en presencia de una mezcla rica, en tanto que las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx se reducen drásticamente. La mezcla de gas de escape así producida reacciona con los óxidos de nitrógeno NOx presentes en la trampa, dando lugar a su vaciado. Durante el proceso de regeneración, además, la valoración corriente abajo de la trampa es prácticamente estequiométrica.

El uso de trampas del tipo que se acaba de describir suscita otro problema relacionado con el hecho de que también almacenan óxidos de azufre SOx. Aun cuando la captura de los óxidos de azufre SOx es un proceso más lento que la captura de los óxidos de nitrógeno NOx, deben tenerse presente también, no obstante, los ciclos de desulfurización para maximizar la capacidad disponible y la eficiencia de la trampa.

Aún más, para asegurarse de que la trampa es muy eficiente y para limitar el consumo de combustible y de de emisiones contaminantes, estas regeneraciones y desulfurizaciones deben llevarse a cabo según estrategias bien definidas.

Los sistemas de control disponibles actualmente se basan en unidades provistas de un primer sensor de oxígeno (sensor LAMBDA de tipo lineal) dispuesto corriente arriba del catalizador TWC y un segundo sensor de oxígeno (sensor LAMBDA de tipo activación/desactivación) dispuesto corriente abajo de la trampa. Las estrategias de regeneración que actualmente se utilizan estiman el grado de llenado de la trampa únicamente por la planificación que se hace del motor y por los modelos físicos y matemáticos, a cuyos parámetros se asignan valores predeterminados en la fase de calibración. La eficiencia de control depende, entre otras cosas, de la precisión de esos valores que, sin embargo, no pueden actualizarse después automáticamente durante el funcionamiento del sistema.

Los sistemas descritos antes son desventajosos porque no pueden tener en cuenta las posibles desviaciones que se produzcan en relación con las condiciones nominales de trabajo. En particular, el comportamiento de los distintos componentes no es constante a lo largo del tiempo, sino que muestra desviaciones debidas, por ejemplo, al envejecimiento o a la iniciación de averías, como resultado de lo cual los valores de los parámetros de los modelos físicos y matemáticos establecidos durante la calibración no se adaptan ya para describir correctamente el estado del sistema. En estas circunstancias, por tanto, las estrategias de regeneración convencionales no garantizan que puedan llevarse a cabo medidas para reponer la eficiencia de la trampa cuando realmente son necesarias. En consecuencia, puede ocurrir que la trampa se mantenga saturada durante más tiempo del que debería antes de vaciarse, con un aumento sustancial de las emisiones contaminantes del vehículo. Además, la duración de las regeneraciones está también predeterminada y no puede modificarse si demuestra que es inadecuada.

Un ejemplo del sistema de control que acaba de citarse es el que se da en la EP-0899430-A2, que revela un método para desulfurizar una trampa de NOx, en el que la temperatura de purga de los SOx se consigue modulando la amplitud de la A/F de la mezcla suministrada al motor, almacenándose oxígeno en la trampa durante acontecimientos de mezcla pobre del cilindro del motor y generando la exotermia requerida durante acontecimientos de mezcla rica del cilindro del motor.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método de control autoadaptable que no tiene los inconvenientes que se han descrito y que, en particular, puede realizar una estrategia de regeneración en base a una estimación de las condiciones reales del sistema.

La presente invención, por tanto, se refiere a un método de control autoadaptable para un sistema de escape de motores de combustión interna con encendido controlado según la reivindicación 1.

A continuación se describe la invención más detalladamente, con referencia a una realización preferida de la misma, dada simplemente a título de ejemplo no limitativo, con referencia a los planos que la acompañan, en los que:

la Figura 1 muestra las curvas de eficiencia en un catalizador de tres vías;

la Figura 2 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema de control de la presente invención;

la Figura 3 es un diagrama de bloques más detallado que se relaciona con una parte del sistema de la Figura 2;

las Figuras 4 a 7 son diagramas de flujo del método de control de la presente invención;

la Figura 8 muestra las posibles curvas de la valoración corriente abajo de la trampa durante un proceso de regeneración en el sistema de la Figura 2;

la Figura 9 es un diagrama de bloques detallado de una parte de un sistema de la presente invención según una segunda realización;

la Figura 10 es un diagrama de flujo relacionado con una segunda realización del método de control de la presente invención;

En la Figura 1 se muestra de una forma general con el número 1 un sistema de control del escape de un motor de combustión interna 2 con encendido controlado. El motor 2 está conectado, por medio de un primer tramo del conducto de escape 3a, a un precatalizador 4, por ejemplo, un catalizador TWC. Un segundo tramo del conducto de escape 3b conecta una salida del precatalizador 4 a una entrada de trampa 5 para la recogida de los óxidos de nitrógeno NOx. La trampa 5 está, en particular, compuesta por células adaptadas para absorber y almacenar moléculas de óxidos de nitrógeno NOx.

Un primer sensor de la concentración de oxígeno en los gases de escape, al que a partir de aquí se hará referencia como el sensor corriente arriba 6, y un segundo sensor de la concentración de oxígeno en los gases de escape, al que a partir de aquí se hará referencia como el sensor corriente abajo 7, están dispuestos corriente arriba del precatalizador 4 y, respectivamente, a lo largo de un tercer tramo de conducto 3c corriente abajo de la trampa 5. Ventajosamente, los dos sensores de la concentración de oxígeno son sensores de tipo lineal LAMBDA o UEGO. Los sensores 6 y 7 generan una señal de composición corriente arriba V_{1}, representativa de una valoración corriente arriba \lambda_{M}, a la salida del motor 2 y, respectivamente, una señal de composición corriente abajo V_{2}, representativa de una valoración corriente abajo \lambda_{V}, a la salida de la trampa 5.

A lo largo del segundo tramo de conducto de escape 3b existe un sensor de temperatura 8 que genera una señal de temperatura V_{T}.

El sistema de control 1 comprende además una unidad de control 10 que recibe como entrada las señales de composición corriente arriba y corriente abajo V_{1} y V_{2} y la señal de temperatura V_{T}, así como una pluralidad de parámetros relacionados con el motor que no se ilustran en beneficio de la sencillez, y proporciona como salida una pluralidad de cantidades operacionales de las respectivas variables de control del motor calculadas de una forma conocida que no se ilustra.

En la Figura 2 se muestra con más detalle un diagrama de bloques relacionado con la unidad de control 10.

Un bloque de motor/precatalizador 11, que recibe como entrada la señal de composición corriente abajo V_{1} y una pluralidad de parámetros relacionados con el motor, proporciona como salida una estimación de la composición de los gases de escape a la salida del precatalizador 4. En particular, se calculan tres cantidades relacionadas con los gases de escape que salen del precatalizador 4: una cantidad corriente arriba de óxidos de nitrógeno NO_{M}, una cantidad corriente arriba de monóxido de carbono CO_{M} y una cantidad corriente arriba de hidrocarburos no quemados HC_{M}. Estas cantidades tienen en cuenta la eficiencia del precatalizador 4 para la respectiva eliminación de los óxidos de nitrógeno \eta_{NOx}, monóxido de carbono \eta_{CO} e hidrocarburos no quemados \eta_{HC}como función de la valoración corriente arriba \lambda_{M} de acuerdo con las curvas ilustradas en la Figura 1.

Las cantidades corriente arriba de óxidos de nitrógeno NOx_{M}, monóxido de carbono CO_{M} e hidrocarburos no quemados HC_{M} se suministran como entrada al bloque de trampa 12, que también recibe una estimación de la capacidad máxima C_{MD}, como se explicará a continuación, de la señal de temperatura V_{T} y del valor del flujo de combustible F. El bloque de trampa 12 que, como se describirá detalladamente a continuación, contiene un modelo de los procesos de captura de óxidos de nitrógeno y azufre por la trampa 5, calcula y proporciona como salida una eficiencia de captura NOx_{EFF}, una cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST}, una cantidad de óxidos de nitrógeno intercambiada NOx_{CAP} y una cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST}.

Las salidas del bloque de trampa 12 se suministran como entrada a un bloque de control de regeneración 15, que lleva a cabo un procedimiento de control de regeneración y un procedimiento de control de desulfurización, descrito detalladamente a continuación, para comprobar las condiciones que hacen necesario realizar una regeneración y/o una desulfurización. El bloque de control de regeneración 15 genera también una pluralidad de señales que se suministran a un supervisor del sistema, que no se ilustra en beneficio de la sencillez. En particular, el bloque de control de regeneración 15 suministra una señal de solicitud de regeneración RRQ, una señal de solicitud de desulfurización DRQ y una señal de solicitud de calentamiento HRQ. Estas señales son de tipo lógico y, por tanto, pueden asumir un valor lógico "VERDADERO" o un valor lógico "FALSO".

La señal de solicitud de regeneración RRQ se suministra como entrada a un bloque de estimación de parámetros 16 que también recibe la señal de composición corriente abajo V_{2} y, como se explicará detalladamente a continuación, lleva a cabo un algoritmo que actualiza ciertos parámetros de los modelos contenidos en el bloque de trampa 12. En particular, el bloque de estimación de parámetros 16 estima, cuando es necesario, la capacidad máxima disponible C_{MD} y la proporciona como entrada al bloque de trampa 12 y a un bloque de diagnóstico 17. Además, el bloque de estimación de parámetros 16 genera una señal de interrupción de la regeneración REND, de tipo lógico, que se suministra como entrada al bloque de control de regeneración 15.

Con referencia a la Figura 4, el bloque de diagnóstico 17 comprueba el estado de envejecimiento de la trampa 5, comparando la capacidad máxima disponible C_{MD} con una capacidad umbral C_{TH} (bloque 50). Si la capacidad máxima disponible C_{MD} es inferior (salida SÍ del bloque 50), el bloque de diagnóstico 17 genera como salida una señal de error E (bloque 60), de tipo lógico, estableciéndolo al valor lógico "VERDADERO" para indicar una avería.

En detalle, el cálculo de la eficiencia de captura NOx_{EFF} y de la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST}, que se lleva a cabo en el bloque de trampa 12, se basa en una estimación de una capacidad residual C_{R} de la trampa 5 y de las cantidades corriente arriba de óxidos de nitrógeno NOx_{M}, monóxido de carbono CO_{M} e hidrocarburos no quemados HC_{M} calculadas por el bloque de motor/precatalizador 11. La capacidad residual C_{R} se deduce de las siguientes ecuaciones:

(1)C_{MD =}K_{AG} C_{M}

(2)C_{L =}C_{MD} - SOx_{ST}

(3)C_{R =}C_{D} - NOx_{ST}

en las que C_{M} es la capacidad máxima de la trampa 5, C_{MD} la capacidad máxima disponible y C_{L} la capacidad libre. En particular, la capacidad máxima C_{M} y la capacidad máxima disponible C_{MD} representan las cantidades máximas de óxidos de nitrógeno NOx que la trampa 5 puede almacenar al comienzo de su duración y, respectivamente, en el momento actual, en tanto que la capacidad libre C_{L} es la parte de la capacidad máxima disponible C_{MD} no ocupada por los óxidos de azufre SOx. La capacidad máxima disponible C_{MD} no es mayor que la capacidad máxima disponible C_{M}, porque, en un momento determinado, una parte de las células que componen la trampa 5 no puede capturar moléculas de óxidos de nitrógeno NOx por dos razones principales. En primer lugar, algunas células están irreversiblemente dañadas como resultado del envejecimiento, por ejemplo, porque están obstruidas por depósitos sólidos. El coeficiente de envejecimiento K_{AG} que aparece en la ecuación (1) y que se actualiza con un algoritmo de adaptación descrito detalladamente a continuación, tiene en cuenta la reducción de la capacidad máxima C_{M} debido al desgaste de la trampa 5. En segundo lugar, la trampa 5 puede almacenar también óxidos de azufre SOx, como se ha indicado antes. En consecuencia, una parte de las células de la trampa 5, correspondiente a la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} no está disponible temporalmente para interactuar con los óxidos de nitrógeno NOx hasta que se lleva a cabo un proceso de desulfurización. La capacidad residual C_{R}, finalmente, representa las células de la trampa 5 que no han capturado molécula alguna y, por tanto, se encuentran actualmente disponibles para interactuar con moléculas de óxidos de nitrógeno NOx.

La cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} se calcula en base a las siguientes ecuaciones:

(4)NOx_{CAP} = NOx_{M} K_{TN} K_{CRN} K_{NOx}

(5)NOx_{CO} = CO_{M} K_{T1} K_{CO}

(6)NOx_{HC} = HC_{M} K_{T1} K_{HC}

(7)NOx_{ST} = NOx_{OLD} + NOx_{CAP} - NOx_{CO}- NOx_{HC}

con la limitación:

(8)NOx_{ST} \leq C_{D}

En las ecuaciones (4), (5), (6) y (7), NOx_{CAP} es la fracción de la cantidad corriente arriba de óxidos de nitrógeno NOx_{M} capturada por la trampa 5 en el momento actual, NOx_{OLD} es la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada hasta el momento actual, y NOx_{CO}y NOx_{HC} representan las fracciones de óxidos de nitrógeno presentes en la trampa 5 que, en el momento actual, están reaccionando de una forma conocida con los monóxidos de carbono y, respectivamente, con los hidrocarburos no quemados, liberando de este modo las células correspondientes. Además, K_{TN} y K_{T1} son coeficientes que tienen en cuenta la dependencia de temperatura de la reacción para capturar los óxidos de nitrógeno NOx y, respectivamente, de las reacciones de reducción de los óxidos de nitrógeno NOx que tienen lugar en la trampa 5, las cuales se calculan de una forma conocida basándose en la señal de temperatura V_{T}; K_{CRN} es un coeficiente de capacidad residual que modifica la probabilidad de captura de las moléculas individuales de óxidos de nitrógeno NOx como función de la capacidad residual C_{R}; K_{NOx} es un coeficiente de absorción de óxidos de nitrógeno NOx por la trampa 5, y K_{CO} y K_{HC} son coeficientes empíricos de corrección que se determinan experimentalmente.

La eficiencia de captura NOx_{EFF} viene dada por la siguiente ecuación:

(9)NOx_{EFF} = NOx_{CAP} / NOx_{M}

La cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} se calcula por medio de un modelo similar al ilustrado por las ecuaciones (3) a (6). Se aplican, en particular, las ecuaciones siguientes:

(10)SOx_{CAP} = SOx_{M} K_{TS} K_{CRS} K_{SOx}

(11)SOx_{CO} = CO_{M} K_{T2} K_{CO'}

(12)SOx_{HC} = HC_{M} K_{T2} K_{HC'}

(13)SOx_{ST} = SOx_{OLD} + SOx_{CAP} - SOx_{CO}- SOx_{HC}

Los símbolos tienen los mismos significados que los correspondientes de las ecuaciones (4) a (7).

En detalle, SOx_{M} es una cantidad corriente arriba de óxidos de azufre que entra en la trampa 5 y que se calcula multiplicando el flujo de combustible F por un valor medio de concentración del azufre en las gasolinas, en tanto que SOx_{OLD} es la cantidad de óxidos de azufre almacenada hasta el momento actual. Además, SOx_{CO}y SOx_{HC} representan las fracciones de óxidos de azufre presentes en la trampa 5 que, en el momento actual, están reaccionando de una forma conocida con el monóxido de carbono y, respectivamente, con los hidrocarburos no quemados, liberando de este modo las células correspondientes. Los coeficientes, K_{TS} y K_{T2} tienen en cuenta la dependencia de temperatura de la reacción para capturar los óxidos de azufre SOx y, respectivamente, de las reacciones de reducción de los óxidos de azufre SOx que tienen lugar en la trampa 5, las cuales se calculan de una forma conocida basándose en la señal de temperatura V_{T}; K_{CRS} es un coeficiente de capacidad residual que modifica la probabilidad de captura de una molécula de óxidos de azufre SOx como función de la capacidad residual C_{2}; K_{SOx} es un coeficiente de absorción de óxidos de azufre SOx por la trampa 5, y K_{CO}' y K_{HC}' son coeficientes empíricos de corrección que se determinan experimental-
mente.

Con referencia a las Figuras 5 y 6, se describirán ahora los procedimientos de control de regeneración y, respectivamente, desulfurización, puestos en práctica por el bloque de control de regeneración 15.

Como se ilustra en la Figura 5, al comienzo del procedimiento de control de regeneración, la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} y la eficiencia de captura NOx_{EFF} se calculan de acuerdo con las ecuaciones (7) y (9), respectivamente (bloque 100).

A continuación se hace una prueba para comprobar si la eficiencia de captura NOx_{EFF} es mayor que un valor umbral de eficiencia de captura NOx_{EFF}* (bloque 105). Si es así, se interrumpe el procedimiento de control de regeneración (bloque 170), pero, en caso contrario, se hace una solicitud de regeneración, en particular estableciendo la señal de solicitud de regeneración RRQ al valor lógico "VERDADERO" (bloque 110). Posteriormente, se realiza cíclicamente una secuencia de cuatro pruebas hasta que, al fin, se satisface una de las condiciones examinadas. En detalle, se comprueba si la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} es inferior a la cantidad umbral de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} * (bloque 120). Se verifica si el valor \lambda_{V} corriente abajo ha caído significativamente por debajo de 1, en particular, comprobando si una desviación \Delta, dada por la integral de tiempo, para un tiempo de regeneración \imath_{N} transcurrido desde el comienzo de la regeneración de una cantidad obtenida en base a una función conocida de la diferencia (1 - \lambda_{V}), es mayor que un valor umbral \Delta_{TM} (bloque 130); se comprueba, en consecuencia, si el tiempo de regeneración \imath_{N} es mayor que un tiempo de regeneración de seguridad \imath _{DN}(bloque 140) y, finalmente, si se ha solicitado exteriormente una interrupción de la regeneración, por ejemplo, comprobando si la señal de interrupción de la regeneración REND ha sido establecida al valor lógico "VERDADERO" (bloque 150). En los cuatro casos, si se verifica una condición examinada, se interrumpe la regeneración (bloque 160) y se da por terminado el procedimiento de control de regeneración (bloque 170). Pero si el resultado de la comprobación es negativo, después de cada una de las pruebas relativas a los bloques 120, 130 y 140, se realiza la prueba subsiguiente, mientras que después de la prueba correspondiente al bloque 150 se calcula de nuevo la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST}, de acuerdo con la ecuación (7) (bloque 155) y, en consecuencia, tiene lugar un retorno al bloque 120.

Con referencia a la Figura 6a, el procedimiento de control de desulfurización comienza por el cálculo de la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST}, de acuerdo con la ecuación (13) (bloque 200).

Después, se realiza una prueba para comprobar si se han satisfecho las condiciones de desulfurización (bloque 210), como se ilustra detalladamente a continuación. De ser así, se hace una solicitud de desulfurización, estableciendo la señal de solicitud de desulfurización DRQ al valor lógico "VERDADERO" (bloque 250) y, en caso contrario, se concluye el procedimiento de control de desulfurización (bloque 290).

Después de la solicitud de desulfurización (bloque 250), se realiza una prueba de vaciado de la trampa 5 para verificar si, durante la solicitud de desulfurización, ha caído la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} por debajo de un valor umbral SOx_{INF} (bloque 260). En tal caso, se da por terminado el procedimiento de control de desulfurización (bloque 290) y, de lo contrario, se comprueba si el tiempo de desulfurización \imath_{S} transcurrido desde el comienzo de la desulfurización es mayor que el tiempo de desulfurización de seguridad \imath _{DS}(bloque 270). Si es así, se da por concluido el procedimiento de control de desulfurización (bloque 290), de lo contrario, se calcula nuevamente la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} de acuerdo con la ecuación (13) (bloque 280) y se hace un retorno para realizar la prueba de vaciado de la trampa 5 (bloque 260).

Como ilustra la Figura 6b, la comprobación de las condiciones para la conducción de la desulfurización se inicia con una prueba para comprobar si la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} es mayor que un primer umbral superior SOx_{SUP1} (bloque 215).

Si no lo es, se concluye el procedimiento de control de desulfurización (bloque 290, Fig. 6a) y, en caso contrario, se realiza una segunda prueba para comprobar si la temperatura de los gases de escape T a la entrada de la trampa 5 excede de la temperatura umbral T_{S} (bloque 220).

Si ocurre así, se genera una solicitud de desulfurización (bloque 250, Fig. 6a) y, en caso contrario, se compara la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} con un segundo umbral superior SOx_{SUP2} (bloque 225) mayor que el primer umbral superior SOx_{SUP1}.

Si la cantidad de óxidos de azufre almacenada SOx_{ST} es mayor que el segundo umbral superior SOx_{SUP2} (salida SÍ del bloque 225), se solicita el calentamiento de la trampa 5, estableciendo la señal de solicitud de calentamiento HRQ al valor lógico "VERDADERO" (bloque 230) y, en caso contrario (salida NO del bloque 225), se vuelve a realizar la prueba para comprobar la temperatura de los gases de escape T (bloque 220).

Después de la solicitud de calentamiento (bloque 230), se hace una nueva prueba para verificar si la temperatura de los gases de escape T ha excedido LA temperatura umbral T_{S} (bloque 235).

Si éste es el caso (salida SÍ del bloque 235), se interrumpe el calentamiento de la trampa 5, estableciendo la señal de solicitud de calentamiento HRQ al valor lógico "FALSO" (bloque 240) y se genera la solicitud de desulfurización (bloque 250, Fig. 6a). Si, por el contrario, la temperatura de los gases de escape T es inferior a la temperatura umbral T_{S} (salida NO del bloque 235), una prueba posterior permite verificar si el tiempo de calentamiento \imath_{H} transcurrido desde el comienzo del calentamiento de la trampa 5 es mayor que el tiempo de calentamiento de seguridad \imath_{DH}(bloque 245).

Si es así, se interrumpe el procedimiento de desulfurización (bloque 290, Fig. 6a), de lo contrario, se confirma la solicitud de calentamiento de la trampa 5 (bloque 230).

Con referencia a la Figura 7, se describirá a continuación el algoritmo de actualización que lleva a cabo el bloque de estimación de parámetros 16; durante las etapas de regeneración, este bloque 16 comprueba la precisión de la estimación de la capacidad máxima disponible C_{MD} y, si es necesario, actualiza su valor calculando un coeficiente actualizado de envejecimiento K_{AGN}, que se usa en la ecuación (1) en lugar del coeficiente de envejecimiento K_{AG}.

En particular, el flujo de monóxido de carbono corriente abajo CO_{V} debe ser cero durante la regeneración, porque todo el monóxido de carbono que entra en la trampa 5 reacciona con los óxidos de nitrógeno NOx almacenados hasta que quedan completamente eliminados. Debido al deterioro a que está sujeta la trampa 5 cuando se está utilizando, puede ocurrir, no obstante, que la estimación de la capacidad máxima disponible C_{MD} usada en el modelo para el cálculo de la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} sea mayor que la capacidad real de la trampa 5. En estas circunstancias, los óxidos de nitrógeno NOx almacenados en la trampa 5 se eliminan completamente antes de que el bloque de control de regeneración 16 concluya el proceso de control de regeneración que está llevando a cabo. En consecuencia, el monóxido de carbono producido por el motor 2 pasa por la trampa 5 y da lugar a un flujo de monóxido de carbono corriente abajo CO_{V} que no es cero, haciendo, a la salida de la trampa 5, que la valoración corriente abajo \lambda_{V} se desvíe del valor estequiométrico. En un tiempo \imath_{0} que precede al instante de ultimación de la regeneración \imath_{R} y que es indicativo del hecho de que todos los óxidos de nitrógeno NOx almacenados sean eliminados, el sensor corriente abajo 7 detecta una reducción de la valoración corriente abajo \lambda_{V} (se hace referencia a la Figura 8 en la que la valoración corriente abajo \lambda_{V} se ilustra con línea discontinua, y la valoración de oxígeno corriente arriba \lambda_{M} se ilustra con línea continua). Sobre la base de la señal de composición corriente abajo V_{2} proporcionada por el sensor corriente abajo 7 y una medida o estimación del flujo de los gases de escape G_{V}, que puede obtenerse de una forma conocida, es posible averiguar el flujo de monóxido de carbono corriente abajo CO_{V} e integrando este último en el tiempo, obtener una masa de monóxido de carbono corriente abajo CO_{VTOT} que representa un índice del error cometido en la estimación de la capacidad máxima disponible C_{MD}. Comparando la masa de monóxido de carbono corriente abajo CO_{VTOT} con una masa umbral CO_{TH}, se puede decidir si es necesario adaptar el valor actual de la capacidad máxima disponible C_{MD}.

De una forma detallada, el algoritmo de actualización empieza por una prueba para verificar si se está llevando a cabo un proceso de regeneración, por ejemplo controlando si la señal de solicitud de regeneración RRQ está puesta al valor lógico "VERDADERO", y, al mismo tiempo, si la señal de interrupción de la regeneración REND está puesta al valor lógico "FALSO" (bloque 300).

Si no es así, se da por terminado el algoritmo de actualización (bloque 360); en caso contrario, se calcula el flujo de monóxido de carbono corriente abajo CO_{V} (bloque 310), según una función conocida del flujo de los gases de escape G_{V} y de la valoración corriente abajo \lambda_{V}.

Entonces se calcula la masa de monóxido de carbono corriente abajo CO_{VTOT}, integrando en el tiempo el flujo de monóxido de carbono corriente abajo CO_{V} (bloque 320) y se compara con la masa umbral CO_{TH} (bloque 330). Si la masa de monóxido de carbono corriente abajo CO_{VTOT} es inferior a la masa umbral CO_{TH} (salida NO del bloque 330), se vuelve a realizar la prueba para comprobar si se está llevando a cabo un proceso de regeneración (bloque 300). Si no es así (salida SÍ del bloque 330), se corrige el valor de la capacidad máxima disponible C_{MD} por medio de una adaptación del coeficiente de envejecimiento K_{AG}(bloque 340). En particular, el coeficiente actualizado de envejecimiento K_{AGH} se calcula disminuyendo el coeficiente de envejecimiento K_{AG} en un valor predeterminado K_{DEC}, y después se usa para calcular un valor actualizado de la capacidad máxima disponible C_{MD} según la ecuación:

(1')C_{MD} = K_{AGN} C_{M}

Después, se interrumpe el proceso de regeneración estableciendo la señal de interrupción de la regeneración REND al valor lógico "VERDADERO" (bloque 350) y se da por terminado el algoritmo de actualización de parámetros (bloque 360).

En una segunda realización, que se describirá a continuación con referencia a la Figura 9, el método se basa en un sistema en el que sensor corriente abajo 5 está formado por un sensor de óxidos de nitrógeno NOx en lugar de por un sensor de tipo UEGO. Como el sensor de óxidos de nitrógeno NOx contiene también un sensor de oxígeno lineal, puede proporcionar como salida una señal representativa de la concentración de óxidos de nitrógeno NOx y también de la valoración corriente abajo \lambda_{V}.

El diagrama de bloques simplificado de la Figura 9 muestra una unidad de control 10' similar a la unidad de control 10, con la salvedad de que un bloque de estimación de parámetros 16' suministra también como salida un coeficiente actualizado de absorción K_{NOxN} que se suministra como entrada al bloque de trampa 12.

Con referencia a la Figura 10, el bloque de estimación de parámetros 16' calcula una concentración corriente abajo de óxidos de nitrógeno NOx_{V} (bloque 400) como función de la cantidad de óxidos de nitrógeno corriente arriba NOx_{M} y de la cantidad de óxidos de nitrógeno intercambiada NOx_{CAP} y la usa, junto con una concentración medida de óxidos de nitrógeno NOx_{MIS} para calcular un error de estimación NOx_{ERR} (bloque 410) dado por la ecuación:

(14)NOx_{ERR =}NOx_{V}- Nox_{MIS}

Después, se usa el error de estimación NOx_{ERR} para calcular un término de corrección \DeltaK_{NOx} (bloque 420) que se añade al coeficiente de absorción K_{NOx} para obtener el coeficiente actualizado de absorción K_{NOxN} (bloque 430).

El método propuesto tiene las siguientes ventajas.

En primer lugar, la posibilidad de actualizar el valor de la capacidad máxima disponible C_{MD} usando la curva de la señal de composición corriente abajo V_{2} durante la regeneración permite alcanzar una mayor precisión de estimación del grado de llenado de la trampa. En consecuencia, es posible determinar con exactitud el instante del comienzo de las condiciones que hacen necesario realizar un proceso de regeneración, cualquiera que sea el estado de envejecimiento de la trampa 5. Esto evita la posibilidad de que, durante el trabajo, la trampa se mantenga saturada durante períodos inaceptables y, por ello, reduce el riesgo de emisiones importantes de óxidos de nitrógeno NOx. Además, la duración del proceso de regeneración puede calcularse de forma que este proceso no se prolongue más allá del momento en que la trampa 5 se vacía realmente para así evitar emisiones de hidrocarburos no quemados HC y monóxido de carbono CO, como se ha indicado antes, así como un mayor consumo.

Es también ventajoso, en particular durante la realización del algoritmo de actualización de parámetros, utilizar un sensor de tipo UEGO corriente abajo de la trampa 5. Este sensor posibilita una medida precisa de la valoración del escape, sobre la base de la cual se puede determinar la cantidad de monóxido de carbono CO en los gases de escape y, en consecuencia, averiguar oportunamente cuándo ha tenido lugar el vaciado de la trampa 5. La información obtenida por el sensor UEGO hace posible, por tanto, disponer de un criterio eficiente para actualizar la capacidad máxima disponible C_{MD}.

Según la variante descrita, otra ventaja es la que reside en el uso de un sensor de óxidos de nitrógeno NOx. En este caso, se puede comprobar si el modelo utilizado para el cálculo de la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada NOx_{ST} y eficiencia de captura NOx_{EFF} es correcto y, si fuera necesario, modificarlo calculando el coeficiente actualizado de absorción K_{NOxN}. Por consiguiente, la estimación del grado de llenado de la trampa 5 es más fiable y se reduce la probabilidad de emisiones contaminantes.

Finalmente, se apreciará que en el método descrito se pueden introducir modificaciones y variaciones que no se desvían del alcance de protección de la presente invención.

Claims (18)

1. Un método de control autoadaptable para un sistema de escape de motores de combustión interna con encendido controlado; comprendiendo el sistema de escape un motor (2), un precatalizador (4), medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), con una capacidad máxima inicial (C_{M}) y una capacidad máxima disponible (C_{MD}), que se obtiene multiplicando la capacidad máxima inicial (C_{M}) por un coeficiente de envejecimiento (K_{AGN}) comprendido entre 0 y 1 y que indica la cantidad de óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre que pueden almacenarse en el medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), medio de sensor de oxígeno (7) dispuesto corriente abajo del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5) y generando, al menos, una señal de composición corriente abajo (V_{2}) proporcional a la valoración de oxígeno corriente abajo (\lambda_{V}); comprendiendo este método las etapas de realización de al menos un proceso de regeneración del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5), y llevando al cabo, al menos, un proceso de desulfurización del medio de captura de óxidos de nitrógeno (5); estando caracterizado el método porque comprende la posterior etapa de actualización del valor del coeficiente de envejecimiento (K_{AGN}) después de cada uno de los citados procesos de regeneración en función de la señal de composición corriente abajo (V_{2}) y de acuerdo con las siguientes etapas:

el cálculo de un flujo de monóxido de carbono corriente abajo (CO_{V}) como función de la señal de composición corriente abajo (V_{2}) (310);

el cálculo de una masa de monóxido de carbono corriente abajo (CO_{VTOT}) como función de este flujo de monóxido de carbono corriente abajo (CO_{V}) (320);

la comparación de esta masa de monóxido de carbono corriente abajo (CO_{VTOT}) con una masa umbral (CO_{TH}) (330);

si la masa de monóxido de carbono corriente abajo (CO_{VTOT}) es mayor que la masa umbral (CO_{TH}), el cálculo de un coeficiente actualizado de envejecimiento (K_{AGN}) (340) reduciendo el coeficiente real de envejecimiento (K_{AG}) en un valor predeterminado (K_{DEC}); siendo el coeficiente actualizado de envejecimiento (K_{AGN}) posteriormente utilizado para calcular un valor actualizado de la capacidad máxima disponible (C_{MD}), multiplicando la capacidad máxima inicial (C_{M}) por el coeficiente actualizado de envejecimiento (K_{AGN}).

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la realización del proceso de regeneración comprende las etapas siguientes:

la comparación de una eficiencia de captura (NOx_{EFF}) con una eficiencia de captura umbral (NOx_{EFF}*) (105);

la generación de una señal de solicitud de regeneración (RRQ) (110), si esta eficiencia de captura (NOx_{EFF}) es inferior a esta eficiencia de captura umbral (NOx_{EFF}*);

la comprobación de las condiciones para la interrupción de la regeneración (120, 130, 140, 150).

3. Un método según la reivindicación 2, en el que la comprobación de las condiciones para la interrupción de la regeneración comprende las etapas siguientes:

la comparación de una cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada (NOx_{ST}) con una cantidad umbral de óxidos de nitrógeno almacenada (NOx_{EFF}*) (120);

el cálculo de una desviación (\Delta) como función de la valoración de oxígeno corriente abajo (\lambda_{V});

la comparación de esta desviación (\Delta) con una desviación umbral (\Delta_{TH});

la comparación de un tiempo de regeneración (\imath_{N}) con un primer tiempo de seguridad (\imath_{DN})(140).

4. Un método según la reivindicación 3, en el que la comparación de un tiempo de regeneración (\imath_{N}) con un primer tiempo de seguridad (\imath_{DN})va precedida por las etapas siguientes:

el cálculo de una fracción de óxidos de nitrógeno capturada (NOx_{CAP});

el cálculo de una primera fracción de óxidos de nitrógeno (NOx_{CO}) que reacciona con monóxido de carbono:

el cálculo de una segunda fracción de óxidos de nitrógeno (NOx_{HC}) que reacciona con hidrocarburos no quemados;

el cálculo de la cantidad de óxidos de nitrógeno almacenada (NOx_{ST}) como función de una cantidad actual de óxidos de nitrógeno almacenada (NOx_{OLD}), según la ecuación:

NOx_{ST} = NOx_{OLD} + NOx_{CAP} - NOx_{CO}- NOx_{HC}.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que la fracción de óxidos de nitrógeno capturada (NOx_{CAP}) se calcula como función de un coeficiente de capacidad residual (K_{CRN}), un primer coeficiente de temperatura (K_{TN}) y un coeficiente de absorción de óxidos de nitrógeno (K_{NOx}), según la ecuación:

NOx_{CAP} = NOx_{M} K_{CRN} K_{TN} K_{NOx}.

6. Un método según las reivindicaciones 1 a 5, en el que se realiza el proceso de desulfurización que comprende las etapas siguientes:

la comprobación de las condiciones de aceptabilidad de una cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) y una temperatura de trabajo (T) (210);

la generación de una señal de solicitud de desulfurización (DRQ) (250);

la comprobación de las condiciones de interrupción de la desulfurización (260, 270).

7. Un método según la reivindicación 6, en el que la comprobación de las condiciones de aceptabilidad de una cantidad de óxidos de azufre almacenada va precedida por las etapas siguientes:

el cálculo de una fracción de óxidos de azufre capturada (SOx_{CAP});

el cálculo de una primera fracción de óxidos de azufre (SOx_{CO}) que reacciona con monóxido de carbono:

el cálculo de una segunda fracción de óxidos de azufre (SOx_{HC}) que reacciona con hidrocarburos no quemados;

el cálculo de la cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) (200) como función de una cantidad actual de óxidos de azufre almacenada (SOx_{OLD}), según la ecuación:

SOx_{ST} = SOx_{OLD} + SOx_{CAP} - SOx_{CO}- SOx_{HC}.

8. Un método según la reivindicación 7, en el que la fracción de óxidos de azufre capturada (SOx_{CAP}) se calcula como función de un coeficiente de capacidad residual (K_{CRS}), un segundo coeficiente de temperatura (K_{TS}) y un coeficiente de absorción de óxidos de azufre (K_{SOx}), según la ecuación:

SOx_{CAP} = SOx_{M} K_{CRS} K_{TS} K_{SOx}.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la comprobación de las condiciones de aceptabilidad de una cantidad de óxidos de azufre almacenada comprende las etapas siguientes:

la comparación de esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) con una primera cantidad umbral superior (SOx_{SUP1}) (215);

si esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) es mayor que esta primera cantidad umbral superior (SOx_{SUP1}), la comprobación de si una temperatura de trabajo (T) es mayor que la temperatura umbral (T_{S}) (220);

si esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) es menor que esta primera cantidad umbral superior (SOx_{SUP1}), la interrupción del proceso de desulfurización (290).

10. Un método según la reivindicación 9, en el que la comprobación de si la temperatura de trabajo (T) es mayor que una temperatura umbral (T_{S}) va seguida de las siguientes etapas:

la comparación de la cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) con una segunda cantidad umbral superior (SOx_{SUP2}) (225);

si esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) es mayor que esta segunda cantidad umbral superior (SOx_{SUP2}), la generación de una solicitud de calentamiento (230);

si esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) es menor que esta segunda cantidad umbral superior (SOx_{SUP2}), la comprobación de si esta temperatura de trabajo (T) es mayor que una temperatura umbral (T_{S}) (220).

11. Un método según la reivindicación 10, en el que la generación de una solicitud de calentamiento va seguida de las siguientes etapas:

la comparación de esta temperatura de trabajo (T) con la temperatura umbral (T_{S}) (235);

si esta temperatura de trabajo (T) es mayor que esta temperatura umbral (T_{S}), la generación de una solicitud de interrupción de calentamiento (240);

si esta temperatura de trabajo (T) es menor que esta temperatura umbral (T_{S}), la comparación de un tiempo de calentamiento (\imath_{H}) con un segundo tiempo de seguridad (\imath_{DH})(245);

si este tiempo de calentamiento (\imath_{H}) es menor que este segundo tiempo de seguridad (\imath_{DH}), el retorno a la generación de una solicitud de calentamiento (230);

si este tiempo de calentamiento (\imath_{H}) es mayor que este segundo tiempo de seguridad (\imath_{DH}), la interrupción del proceso de desulfurización (290).

12. Un método según la reivindicación 11, en el que la generación de una solicitud de calentamiento (230) comprende la etapa de asignación de un primer valor lógico ("VERDADERO") a una señal de solicitud de calentamiento (HRQ) y en el que la generación de una solicitud de interrupción de calentamiento (240) comprende la etapa de asignación de un segundo valor lógico ("FALSO") a esta señal de solicitud de calentamiento (HRQ).

13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en el que las condiciones de comprobación para la interrupción de la desulfurización (260, 270) comprende las etapas siguientes:

la comparación de la cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) con una cantidad umbral inferior (SOx_{INF}) (260);

la comparación de un tiempo de desulfurización (\imath_{S}) con un tercer tiempo de seguridad (\imath_{DS})(270);

el cálculo de esta cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) (275), según la ecuación:

SOx_{ST} = SOx_{OLD} + SOx_{CAP} - SOx_{CO}- SOx_{HC}.

si la cantidad de óxidos de azufre almacenada (SOx_{ST}) es mayor que esta cantidad umbral inferior (SOx_{INF}) y si el tiempo de desulfurización (\imath_{S}) es menor que el tercer tiempo de seguridad (\imath_{DS}).

14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que además comprende las etapas siguientes:

la comparación de la capacidad máxima disponible (C_{MD}) con una capacidad umbral (C_{TH}) (50);

la generación de una señal de error (E) (60) si esta capacidad máxima disponible (C_{MD}) es inferior a esta capacidad umbral (C_{TH}).

15. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el medio sensor de oxígeno (7) comprende un sensor de tipo LAMBDA lineal.

16. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el medio sensor de oxígeno (7) comprende un sensor de óxidos de nitrógeno.

17. Un método según la reivindicación 16, que además comprende la etapa de cálculo de un coeficiente actualizado de absorción (K_{NOxN}) como función de un error de estimación (NOx_{ERR}) (430).

18. Un método según la reivindicación 17, en el que el cálculo de un coeficiente actualizado de absorción (K_{NOxN}) va precedido por las etapas siguientes:

el cálculo de una concentración de óxidos de nitrógeno corriente abajo (NOx_{V}) como función de una concentración de óxidos de nitrógeno corriente arriba (NOx_{M}) y de la fracción de óxidos de nitrógeno capturada (NOx_{CAP});

el cálculo de este error de estimación (NOx_{ERR}) como función de esta concentración de óxidos de nitrógeno corriente abajo (NOx_{V}) y de la concentración medida (NOx_{MIS}), según la ecuación:

NOx_{ERR =}NOx_{V}- NOx_{MIS}.