ES2215729T3

ES2215729T3 - Procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de nox dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustion interna.

Info

Publication number: ES2215729T3
Application number: ES00966038T
Authority: ES
Inventors: Hermann Hahn; Soren Hinze; Axel Lang
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2004-10-16
Anticipated expiration: 2020-09-15
Also published as: DE50005614D1; US6843240B1; WO2001021951A1; EP1214511A1; JP4584517B2; CN1375039A; CN1114031C; DE19945374A1; JP2003510488A; EP1214511B1

Abstract

Procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de NOx dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna y situado aguas abajo de un catalizador acumulador de NOx, caracterizado porque (a) dentro de un período de tiempo de diagnosis se calcula, con ayuda de una señal de medida del sensor de NOx (18) y una emisión bruta de NOx del motor de combustión interna (10), una masa de NOx absorbida por el catalizador acumulador de NOx (16), (b) al mismo tiempo se calcula, con ayuda de un modelo para el catalizador acumulador de NOx (16), una masa nominal de NOx absorbida y (c) se compara una relación de la masa de NOx a la masa nominal de NOx (valor de control KWn) con un valor límite inferior (Gnu) o un valor límite superior (Gno).

Description

Procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de NO_{X} dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna.

La invención concierne a un procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de NO_{x} dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna con las características citadas en el preámbulo de la reivindicación 1.

Para reducir una emisión de contaminantes de motores de combustión interna es conocido disponer catalizadores adecuados en el canal de gases de escape. Por un lado, en los catalizadores pueden oxidarse con oxígeno del aire contaminantes que pueden actuar como agentes reductores, como CO, HC o H_{2}, y, por otro lado, NO_{x} formado durante un proceso de combustión en el motor de combustión interna es reducido también a nitrógeno con ayuda de los agentes reductores en los catalizadores.

Si el motor de combustión interna se encuentra en un modo de funcionamiento pobre más favorable para el consumo, se aumenta entonces la proporción de oxígeno en la mezcla de aire-carburante y, como consecuencia, se aminora la proporción de los agentes reductores en el gas de escape. No obstante, no puede ya garantizarse así tampoco una conversión suficiente de NO_{x}. Como remedio se ha dispuesto en el canal de gases de escape un acumulador de NO_{x} que puede combinarse con el catalizador formando un catalizador acumulador de NO_{x}. El catalizador acumulador de NO_{x} absorbe NO_{x} hasta que se haya sobrepasado una temperatura de desorción de NO_{x} o se haya agotado la capacidad de acumulación de NO_{x}. Por consiguiente, antes de este momento ha de tener lugar un cambio
a un modo de funcionamiento de regeneración con
\lambda \leq 1 para la regeneración del catalizador acumulador de NO_{x} con el fin de impedir una emisión de NO_{x}.

Es conocido hacer que la necesidad de regeneración dependa de una concentración de NO_{x} captada aguas abajo del catalizador acumulador de NO_{x}. La concentración de NO_{x} es captada por medio de un sensor de NO_{x}. Sin embargo, es desventajoso aquí el hecho de que, si se presenta un funcionamiento deficiente del sensor de NO_{x}, se pueden producir emisiones de NO_{x} demasiado grandes o se produce un aumento de consumo innecesario debido a una medida de regeneración prematura.

Se conoce por US 5426934 A un procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna, en donde el sensor está dispuesto aguas abajo de un catalizador de tres vías y el procedimiento de comprobación del funcionamiento del sensor de NO_{x} presenta los pasos siguientes:

- detección de si el motor trabaja con una relación de aire/carburante sustancialmente estequiométrica (lambda estequiométrica)

- lectura y almacenamiento del valor estequiométrico (N_{esteq}) proveniente del sensor de NO_{x}

- detección de si el motor trabaja sustancialmente con una relación de aire/carburante pobre prefijada (lambda_{pobre})

- lectura subsiguiente y almacenamiento del valor pobre (N_{pobre}) proveniente del sensor de NO_{x}

- cálculo de una relación de señal SR según la fórmula SR = N_{pobre}/N_{esteq}

- comparación del valor calculado de SR con un valor umbral de SR previamente establecido y

- generación de una señal de salida indicadora cuando el valor calculado de SR es menor que el valor umbral de SR.

La invención se basa en el problema de captar tales funcionamientos deficientes del sensor de NO_{x} de una manera sencilla para poder adoptar entonces eventualmente contramedidas adecuadas.

Según la invención, este problema se resuelve por medio del procedimiento para vigilar el funcionamiento del sensor de NO_{x} con las características citadas en las reivindicaciones 1 y 5. Como quiera que

(a) dentro de un período de tiempo de diagnosis se calcula, con ayuda de una señal de medida del sensor (18) de NO_{x} y una emisión bruta de NO_{x} del motor de combustión interna (10), una masa de NO_{x} absorbida por el catalizador acumulador de NO_{x} (16),

(b) al mismo tiempo se calcula, con ayuda de un modelo para el catalizador acumulador de NO_{x}, una masa nominal de NO_{x} absorbida y

(c) se compara una relación de la masa de NO_{x} a la masa nominal de NO_{x} (valor de control KW_{n}) con un valor límite inferior G_{nu} o un valor límite superior G_{no},

o como quiera que

(a) se capta una duración t_{mes} para una regeneración de NO_{x} completa del catalizador acumulador de NO_{x},

(b) con ayuda de un modelo para el catalizador acumulador de NO_{x} y un estado de carga de NO_{x} medido o calculado se calcula una duración nominal t_{mod} para la regeneración de NO_{x} y

(c) se compara una relación de la duración t_{mes} a la duración nominal t_{mod} (valor de control KW_{t}) con un valor límite inferior G_{tw} o con un valor límite superior G_{to},

se puede efectuar de manera sencilla la vigilancia del funcionamiento del sensor de NO_{x}.

En una ejecución preferida del procedimiento se generan señales de mantenimiento al sobrepasar el valor de control KW_{n} o KW_{t} los valores límite superiores G_{no}, G_{to} o no alcanzar los valores límite inferiores G_{nu}, G_{tu}. Después de producirse una señal de mantenimiento de esta clase se puede eliminar entonces el fallo con ayuda de medidas de mantenimiento adecuadas o eventualmente se cambia el sensor de NO_{x}.

Asimismo, es ventajoso fijar el período de tiempo de diagnosis de tal manera que comience inmediatamente después de una regeneración de NO_{x} completa del catalizador acumulador de NO_{x} y de un cambio al modo de funcionamiento pobre del motor de combustión interna. Ventajosamente, el período de tiempo de diagnosis termina después de una detección de la velocidad de regeneración del catalizador acumulador de NO_{x} o con un cambio al modo de funcionamiento de regeneración.

La vigilancia del funcionamiento del sensor de NO_{x} deberá tener lugar de manera preferida solamente cuando se haya detectado un funcionamiento pobre muy ampliamente constante en el motor de combustión interna. De esta manera, se pueden evitar las influencias - difíciles de tener en cuenta - de un funcionamiento dinámico del motor de combustión interna sobre el modelo de catalizador acumulador.

Otras ejecuciones preferidas de la invención se desprenden de las restantes características citadas en las reivindicaciones subordinadas.

Se explica seguidamente la invención con más detalle en un ejemplo de ejecución con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

la figura 1, una disposición esquemática de un motor de combustión interna con un catalizador acumulador de NO_{x} y un sensor de NO_{x}, y

la figura 2, un esquema de bloques para vigilar el funcionamiento del sensor de NO_{x} según el ejemplo de ejecución.

La figura 1 muestra una disposición de un motor de combustión interna 10 que presenta en un canal 12 de gases de escape un precatalizador 14 y un catalizador 16 acumulador de NO_{x}. El precatalizador 14 y el catalizador 16 acumulador de NO_{x} sirven para aminorar la emisión de contaminantes del motor de combustión interna 10.

Usualmente, los catalizadores 14, 16 presentan para esto componentes acumuladores que hacen posible una oxidación de agentes reductores formados, como CO, HC o H_{2}, con oxígeno del aire. Al menos el catalizador 16 acumulador de NO_{x} presenta un componente catalizador que, por medio de los agentes reductores, hace posible una reducción de NO_{x} formado también durante un proceso de combustión de una mezcla de aire-carburante. No obstante, si el motor de combustión interna 10 se encuentra en un modo de funcionamiento pobre, la proporción de los agentes reductores en el gas de escape no es suficiente en general para garantizar una conversión suficientemente alta de NO_{x}. Por tanto, en el modo de funcionamiento pobre el NO_{x} es absorbido como nitrato por un componente acumulador del catalizador 16 acumulador de NO_{x}.

La absorción de NO_{x} puede efectuarse solamente hasta que se sobrepase una temperatura de desorción de NO_{x} o se haya agotado la capacidad de acumulación de NO_{x}. Por consiguiente, antes de este momento tiene que producirse un cambio a un modo de funcionamiento de regeneración con \lambda \leq 1 para hacer posible una regeneración del NO_{x}. Decisiva para una necesidad de regeneración puede ser de manera conocida una concentración de NO_{x} o una emisión de NO_{x} captada por el sensor 18 de NO_{x}. Una señal de medida correspondiente es transmitida para ello, por ejemplo, a un aparato 20 de control del motor, evaluada allí y empleada para controlar un modo de trabajo del motor de combustión interna 10.

La figura 2 muestra un esquema de bloques con el que se puede efectuar según este ejemplo de ejecución una vigilancia del funcionamiento del sensor 18 de NO_{x} durante un funcionamiento dinámico del motor de combustión interna 10. En un paso S1 se capta primero si se ha realizado una regeneración de NO_{x} completa del catalizador 16 acumulador de NO_{x}. Si no es éste el caso, se interrumpe la vigilancia del funcionamiento del sensor 18 (paso S2).

Con el comienzo del modo de funcionamiento pobre (paso S3) se inicia al mismo tiempo un cálculo de una masa de NO_{x} incorporada en el catalizador 16 acumulador de NO_{x}. A este fin, por un lado, durante un período de tiempo de diagnosis prefijado se capta y se suma por medio del sensor 18 de NO_{x} la concentración de NO_{x} aguas abajo del catalizador 16 acumulador de NO_{x} y a continuación se resta esta concentración de una emisión bruta de NO_{x} medida o calculada del motor de combustión interna 10. Por otro lado, con ayuda de modelos conocidos del catalizador 16 acumulador de NO_{x} y basándose en la emisión bruta de NO_{x} se calcula una masa nominal de NO_{x} absorbida. La masa nominal de NO_{x} corresponde como máximo a una masa de NO_{x} que puede ser absorbida por un catalizador fresco 16 acumulador de NO_{x}.

En un paso S4 se comprueba continuamente si el motor de combustión interna 10 se encuentra durante el período de tiempo de diagnosis en un modo de funcionamiento pobre que se desarrolla en forma constante. En caso de perturbaciones originadas por procesos dinámicos, por ejemplo debido a un cambio a un modo de funcionamiento homogéneo o a una desconexión del empuje, la masa nominal de NO_{x} calculada durante el período de tiempo de diagnosis está especialmente afectada de error y, por tanto, se produce una interrupción de la vigilancia del funcionamiento (paso S5). Preferiblemente, se fija el período de tiempo de diagnosis de tal manera que éste - como ya se ha explicado - comience con el cambio al modo de funcionamiento pobre (paso S3) y se continúe hasta que se detecte una velocidad de regeneración (paso S6).

Esta velocidad de regeneración puede ser detectada, por ejemplo, a través del sensor 18 de NO_{x} en forma de una emisión umbral para NO_{x}. Una vez que se presenta la velocidad de regeneración, se inicia un cambio al modo de funcionamiento de regeneración con \lambda \leq 1 (paso S7). Al mismo tiempo, se pone en marcha un contador de tiempo con el cual se deberá calcular una duración t_{mes} para una regeneración de NO_{x} completa.

A partir de la relación entre la masa de NO_{x} absorbida calculada por el sensor 18 de NO_{x} para el catalizador 16 acumulador de NO_{x} y la masa nominal de NO_{x} se forma un valor de control KW_{n} en un paso S8. Si en un paso S9 el valor de control KW_{n} sobrepasa un valor límite inferior G_{no} o no alcanza un valor límite inferior G_{nu}, existe entonces un defecto del sensor 18 de NO_{x} y se genera una señal de mantenimiento (paso S10). El valor límite superior GW_{o} se elige usualmente de tal manera que reproduzca una relación entre la masa de NO_{x} calculada por el sensor 18 de NO_{x} y la masa nominal de NO_{x} en un catalizador fresco 16 acumulador de NO_{x}.

Si el valor de control KW_{n} está entre los dos valores límite G_{nu}, G_{no}, se puede comprobar entonces en un paso S11 si se ha realizado completamente la regeneración del NO_{x}. A este fin, es adecuada, por ejemplo, una sonda lambda 22 que está dispuesta aguas abajo del catalizador 16 acumulador de NO_{x}. Hacia el final de la regeneración del NO_{x} disminuye claramente el valor de lambda, y puede ajustarse una señal de parada para el contador de tiempo, por ejemplo prefijando un valor umbral adecuado (paso S13). Si se interrumpe prematuramente la regeneración del NO_{x}, se efectúa aquí también una interrupción de la vigilancia del funcionamiento del sensor 18 de NO_{x} (paso S12).

Con ayuda del modelo de catalizador acumulador y partiendo de un estado de carga de NO_{x} medido o calculado se calcula una duración nominal t_{mod} para la regeneración del NO_{x}. Una relación de la duración t_{mes} a la duración nominal t_{mod} proporciona un valor de control KW_{t} (paso S14). El valor de control KW_{t} se compara con un valor límite superior G_{to} o un valor límite inferior G_{tu} en un paso S15. Si el valor de control KW_{t} sobrepasa el valor límite superior G_{to} o no alcanza el valor límite inferior G_{tu}, existe entonces un defecto en el sensor, y se genera una señal de mantenimiento (paso S16). Si no es este el caso, se puede iniciar un nuevo ciclo de vigilancia del funcionamiento comenzando con el paso S3. El valor límite superior G_{to} se elige nuevamente de tal manera que reproduzca una relación de la duración t_{mes} a la duración nominal t_{mod} en un catalizador fresco 16 acumulador de NO_{x}.

Se comprueba también la plausibilidad del sensor en el sentido de si, por ejemplo, con un peor comportamiento de acumulación del catalizador no sólo se produce un menor llenado medido, sino que se reduce al mismo tiempo también en medida correspondiente el tiempo de regeneración medido necesario.

Claims

1. Procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de NO_{x} dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna y situado aguas abajo de un catalizador acumulador de NO_{x}, caracterizado porque

(a) dentro de un período de tiempo de diagnosis se calcula, con ayuda de una señal de medida del sensor de NO_{x} (18) y una emisión bruta de NO_{x} del motor de combustión interna (10), una masa de NO_{x} absorbida por el catalizador acumulador de NO_{x} (16),

(b) al mismo tiempo se calcula, con ayuda de un modelo para el catalizador acumulador de NO_{x} (16), una masa nominal de NO_{x} absorbida y

(c) se compara una relación de la masa de NO_{x} a la masa nominal de NO_{x} (valor de control KW_{n}) con un valor límite inferior (G_{nu}) o un valor límite superior (G_{no}).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se genera una señal de mantenimiento al sobrepasar el valor de control (KW_{n}) el valor límite superior (G_{no}) o no alcanzar el valor límite inferior (G_{nu}).

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el período de tiempo de diagnosis comienza inmediatamente después de una regeneración de NO_{x} completa del catalizador acumulador de NO_{x} (16) y de un cambio a un modo de funcionamiento pobre del motor de combustión interna (10).

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque el período de tiempo de diagnosis termina después de detectar una velocidad de regeneración del catalizador acumulador de NO_{x} (16) o con un cambio a un modo de funcionamiento de regeneración.

5. Procedimiento para vigilar el funcionamiento de un sensor de NO_{x} dispuesto en un canal de gases de escape de un motor de combustión interna y situado aguas abajo de un catalizador acumulador de NO_{x}, caracterizado porque

(a) se capta una duración (t_{mes}) para una regeneración de NO_{x} completa del catalizador acumulador de NO_{x} (16),

(b) basándose en un modelo para el catalizador acumulador de NO_{x} (16) y en un estado de carga de NO_{x} medido o calculado se calcula una duración nominal (t_{mod}) para la regeneración de NO_{x} y

(c) se compara una relación de la duración (t_{mes}) a la duración nominal (t_{mod}) (valor de control KW_{t}) con un valor límite inferior (G_{tu}) o un valor límite superior (G_{to}).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque se genera una señal de mantenimiento al sobrepasar el valor de control (KW_{t}) el valor límite superior (G_{to}) o no alcanzar el valor límite inferior (G_{tu}).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se efectúa una vigilancia del funcionamiento del sensor de NO_{x} (18) únicamente después de un modo de funcionamiento pobre de desarrollo constante en muy amplio grado.