ES2292087T3 - Sistema de inicio de un purga de medios de descontaminacion que comprenden una trampa de nox. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de inicio de una purga de medios de descontaminación que comprenden una trampa de NOx y que están integrados en una línea de escape de un motor diésel de vehículo automóvil, caracterizado porque comprende: - medios (7) de establecimiento de un primer coeficiente (CO) de tasa de relleno de la trampa de NOx, con NOx, - medios (8) de establecimiento de un segundo coeficiente (C1) de capacidad de la trampa de NOx para reducir los NOx acumulados en función de su temperatura; - medios (9) de establecimiento de un tercer coeficiente (C2) de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función de su punto de funcionamiento; - medios (10) de establecimiento de un cuarto coeficiente (C3) de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función del exceso de consumo de carburante correspondiente establecido a partir de medios (5) de establecimiento correspondientes; - medios (11) de combinación de estos coeficientes para obtener un quinto coeficiente final (C final), y - medios (12) de comparación de este quinto coeficiente final con un umbral, para, en caso de sobrepasar el umbral, emitir una solicitud de inicio de la purga de la trampa de NOx.
Description
Sistema de inicio de una purga de medios de
descontaminación que comprenden una trampa de NOx.
La presente invención se refiere a un sistema de
inicio de una purga de medios de descontaminación que comprenden una
trampa de NOx y que están integrados en una línea de escape de un
motor diésel de un vehículo automóvil.
Puede obtenerse una reducción significativa de
los NOx que emite un motor diésel durante su funcionamiento,
mediante el tratamiento posterior de los gases de escape con la
ayuda de un catalizador de tipo trampa de NOx.
El principio de funcionamiento de un catalizador
de este tipo es permitir una acumulación de los NOx en el
catalizador, formando un complejo estable de tipo
Ba(NO_{3})_{2}.
Esta acumulación de los NOx tiene lugar por
tanto durante el funcionamiento normal del motor con mezcla pobre,
es decir con exceso de oxígeno.
Cuando el catalizador está saturado de NOx es
necesario por tanto purgarlo con el fin de reducir los NOx
acumulados en la trampa.
Se sabe que ésto puede realizarse basculando por
ejemplo el motor, del modo de funcionamiento en mezcla pobre a un
modo de funcionamiento en mezcla rica, es decir con un exceso de
carburante.
La eficacia de acumulación se reduce a medida
que la trampa se llena de NOx. Es posible, por tanto, obtener una
conversión de los NOx diferente según el espaciamiento entre las
purgas y la duración de estas purgas.
Asimismo, la cantidad de NOx que puede
acumularse en la trampa no es constante, porque depende de la
temperatura del catalizador y por tanto de la temperatura de los
gases de escape del motor.
Así, por ejemplo, una misma secuencia de
funcionamiento pobre/rico, por ejemplo de 100 segundos en mezcla
pobre y de 5 segundos en mezcla rica, conduce a una conversión
diferente según la temperatura a la que se opera la secuencia.
Finalmente, la reducción de los NOx, que precisa
un paso del motor al modo de combustión rica, sólo puede realizarse
en determinadas condiciones de marcha del vehículo.
Por consiguiente, la optimización de la
conversión de los NOx en una trampa de NOx debe tener en cuenta un
determinado número de parámetros relativos al funcionamiento del
motor, por ejemplo, las magnitudes físicas, etc. La elección del
inicio y la parada de las purgas es determinante para el rendimiento
del sistema de tratamiento posterior, es decir la conversión
alcanzada de los NOx, el exceso de consumo asociado, la penalización
sobre las demás sustancias contaminantes emitidas,...
La aplicación de una trampa de NOx en un
vehículo con motor diésel precisa por tanto estrategias que permitan
la gestión autónoma de las purgas. Estas estrategias deben
definirse de manera que se optimicen las diferentes prestaciones
esperadas del sistema.
En la práctica, estas estrategias se implantan
en un ordenador, por ejemplo de control de motor, y tienen como fin
dirigir el funcionamiento del catalizador en interacción con el
resto de las estrategias de control de ese motor.
Se han previsto ya diferentes procedimientos y
sistemas para optimizar estas purgas, véase por ejemplo el documento
US6304812.
El objetivo de la invención es mejorar
adicionalmente estos sistemas.
Con este fin, la invención tiene como objeto un
sistema de inicio de una purga de medios de descontaminación que
comprenden una trampa de NOx y que están integrados en una línea de
escape de un motor diésel de un vehículo automóvil, caracterizado
porque comprende:
- -
- medios de establecimiento de un primer coeficiente de tasa de relleno de la trampa de NOx, con NOx;
- -
- medios de establecimiento de un segundo coeficiente de capacidad de la trampa de NOx para reducir los NOx acumulados en función de su temperatura;
- -
- medios de establecimiento de un tercer coeficiente de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función de su punto de funcionamiento;
- -
- medios de establecimiento de un cuarto coeficiente de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función del exceso de consumo de carburante correspondiente establecido a partir de medios de establecimiento correspondientes.
- -
- medios de combinación de estos coeficientes para obtener un quinto coeficiente final, y
- -
- medios de comparación de este quinto coeficiente final con un umbral, para, en caso de sobrepasar el umbral, emitir una solicitud de inicio de la purga de la trampa de NOx.
- -
- los medios de combinación de los coeficientes comprenden medios de multiplicación de los mismos;
- -
- el umbral puede calibrarse;
- -
- los diferentes medios de establecimiento de los coeficientes comprenden respectivamente modelos de temperatura, de emisión de NOx, de trampa de NOx y de consumo de carburante; y
- -
- dichos modelos integran cartografías.
La invención se comprenderá mejor tras la
lectura de la descripción que sigue, dada únicamente a modo de
ejemplo y realizada en referencia a los dibujos adjuntos, en los
que:
- la figura 1 representa un esquema sinóptico
que ilustra la estructura general de un sistema según la
invención;
- la figura 2 representa un esquema sinóptico
que ilustra diferentes elementos que entran en la constitución de un
sistema de este tipo; y
- las figuras 3, 4, 5, 6 y 7 ilustran la
evolución de diferentes coeficientes puestos en práctica en un
sistema según la invención.
La presente invención se refiere por tanto a una
estrategia de toma de decisiones para poner en marcha una purga de
un catalizador que forma una trampa de NOx de medios de
descontaminación integrados en una línea de escape de un motor
diésel de un vehículo automóvil.
Esta decisión debe tener en cuenta, a la vez,
parámetros relacionados con el funcionamiento del motor y parámetros
relacionados con el funcionamiento del catalizador que forma la
trampa de NOx.
La estrategia descrita se integra en el conjunto
de control del funcionamiento del motor, bajo la forma de un módulo
denominado "supervisor de trampa de NOx".
La decisión de iniciar o no la purga, se basa
por tanto en parámetros relacionados con el funcionamiento del
motor, tal como los medidos, así como en magnitudes físicas
modeladas, como por ejemplo, un modelo de temperatura, un modelo de
emisión de NOx, un modelo de trampa de NOx, un modelo de exceso de
consumo de carburante, etc...
La decisión de poner en marcha o de iniciar una
purga se transmite a continuación a un módulo denominado
"controlador de NOx" encargado de dirigir la purga, por
ejemplo, iniciando una modificación de los parámetros de control
del funcionamiento del motor, en el caso de que las purgas se
realicen por basculación del motor al modo de funcionamiento rico a
partir de un modo de funcionamiento pobre.
El módulo de supervisor de NOx, que dirige la
decisión de poner en marcha una purga y su integración en el control
de motor, se describen en la figura 1.
En esta figura, el supervisor de NOx está
designado por la referencia general 1 y recibe en la entrada
informaciones que salen de módulos de modelo de temperatura,
designado por la referencia general 2, de modelo de emisión de NOx,
designado por la referencia general 3, de modelo de purga de NOx,
designado por la referencia general 4, y de modelo de consumo,
designado por la referencia general 5.
En la salida, este supervisor 1 de NOx está
enlazado con un controlador de NOx designado por la referencia
general 6.
Como ya se indicó anteriormente, la decisión de
purgar la trampa debe tener en cuenta un determinado número de
parámetros. Definir una estrategia de decisión eficaz en todas las
situaciones de marcha del vehículo puede, por tanto, resultar
difícil.
El concepto principal de la invención es
representar la oportunidad de operar una purga mediante varios
coeficientes (número real comprendido entre 0 y 2). La decisión de
poner en marcha una purga se toma, por tanto, cuando el producto de
los diferentes coeficientes es superior a un umbral calibrado.
Esto se ilustra en la figura 2.
De hecho se ha ilustrado en esta figura la
utilización de diferentes coeficientes, CO, C1, C2 y C3, que
ilustran dos categorías de coeficientes relativos, por una parte, a
la necesidad de purgar la trampa, para mantener una conversión de
los NOx elevada y, por otra parte, a la capacidad para operar dicha
purga de la trampa respetando las otras prestaciones del sistema,
es decir, por ejemplo, en términos de exceso de consumo, de emisión
de otras sustancias contaminantes, de placer de conducción del
vehículo, etc...
Estos coeficientes diferentes se determinan en
función de las magnitudes físicas medidas o modeladas y de los
parámetros de funcionamiento del motor.
El primer coeficiente CO es de hecho un
coeficiente de tasa de relleno de la trampa de NOx, con NOx.
Este coeficiente lo proporciona un módulo
correspondiente designado por la referencia general 7.
De hecho, a medida que la trampa de NOx se
llena, su eficacia disminuye y se hace necesario purgarla. En la
práctica, el coeficiente CO se establece dividiendo la masa de NOx,
modelada por ejemplo en el modelo de trampa de NOx, por una
capacidad de acumulación de la trampa, que es una función que
depende de la temperatura de la misma.
El coeficiente C1, proporcionado por un módulo 8
correspondiente, ilustra por su parte un coeficiente de capacidad
de la trampa de NOx para reducir los NOx acumulados, en función de
su temperatura.
Una reducción eficaz de los NOx, es decir que no
conlleve fuertes emisiones de CO/HC, ni desorción excesiva de NOx,
se obtiene si la temperatura de la trampa de NOx es suficientemente
elevada. Este coeficiente C1 se establece por tanto en función de
la temperatura de la trampa de NOx, modelada por ejemplo en el
modelo de temperatura. Normalmente, este coeficiente C1 aumenta de
0 a 1 a medida que la temperatura de la trampa aumenta.
El tercer coeficiente C2 lo proporciona un
módulo designado por la referencia general 9 y corresponde a la
capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en
función de su punto de funcionamiento.
De hecho, purgar la trampa necesita conducir el
motor en modo de combustión rica. Esta calibración no cubre
obligatoriamente el conjunto del campo motor (por ejemplo,
inestabilidad de la combustión rica con carga reducida). Asimismo,
puede ser preferible en términos de placer de conducción, operar la
purga en determinados puntos de funcionamiento, como por ejemplo,
durante una aceleración mejor que durante un desplazamiento del
vehículo a velocidad estabilizada.
En la práctica, este coeficiente C2 se determina
mediante cartografía dependiendo del régimen y del caudal de
carburante inyectado.
El cuarto coeficiente C3 por su parte lo
proporciona un módulo 10 e ilustra la capacidad del motor para
operar la purga de la trampa de NOx en función del exceso de
consumo correspondiente de carburante.
En efecto, el funcionamiento de la trampa de NOx
no debe conllevar un exceso de consumo demasiado elevado, es decir
por ejemplo inferior al 5 o al 6%. Las purgas, que conllevan un
exceso de consumo inevitable, sólo se autorizan, por tanto, si
dicho exceso de consumo determinado por ejemplo en el modelo de
exceso de consumo, es inferior a un umbral que puede calibrarse.
Normalmente, C3 tiene el valor 1 si la purga se
autoriza, y 0 en el caso contrario.
Estos cuatro coeficientes se combinan a
continuación y, por ejemplo, se multiplican en un multiplicador
designado por la referencia general 11, para proporcionar un quinto
coeficiente denominado "coeficiente final", C final, que se
compara en los medios 12 de comparación con un valor de umbral que
puede calibrarse.
Por tanto, se lanza una solicitud de purga de la
trampa de NOx cuando este quinto coeficiente C final se vuelve
superior a dicho valor que puede calibrarse.
La estrategia descrita anteriormente se ha
desarrollado e implantado en un vehículo de desarrollo diésel. Uno
de los objetivos previstos es permitir una tasa de conversión de NOx
elevada sobre un ciclo de homologación MVEG sin degradación excesiva
de las otras prestaciones.
La estrategia utilizada debe permitir, por
tanto, responder a esta exigencia de manera robusta. Esto se obtiene
mediante la calibración de las diferentes curvas y cartografías que
determinan los coeficientes CO, C1, C2 y C3, así como el valor
umbral con el que se compara el quinto coeficiente C final. El valor
de los diferentes coeficientes calculados sobre el ciclo MVEG se da
a modo de ejemplo en las figuras 3 a 7.
Se considera, en particular en la figura 3, para
el primer coeficiente CO, que sobre la parte urbana del ciclo, es
decir, de 0 a 800 segundos, la temperatura y por tanto la capacidad
de acumulación de la trampa de NOx son relativamente bajas.
De esto se deriva que la trampa se llena
rápidamente y el primer coeficiente CO es relativamente elevado.
Sobre la parte extraurbana del ciclo, es decir, de 800 segundos a
1200 segundos, la temperatura y, por tanto, la capacidad de
acumulación son más elevadas. Sin embargo, la cantidad de NOx
emitida es elevada y la trampa se llena rápidamente. El primer
coeficiente CO aumenta por tanto rápidamente después de cada
purga.
En la figura 4 se ha ilustrado la evolución del
segundo coeficiente C1. Sobre la parte urbana del ciclo, se
considera que la temperatura es relativamente baja y el valor del
segundo coeficiente C1 es por tanto bastante reducido. Sobre la
parte extraurbana del ciclo, la temperatura es más elevada, dando
como resultado un valor de C1 más elevado.
Las figuras 5 y 6 ilustran las evoluciones de
los coeficientes C2 y C3 tercero y cuarto. Sobre la parte urbana
del ciclo, iniciar una purga a velocidades estabilizadas no sería
favorable en términos de exceso de consumo, porque la purga es
entonces larga debido a una temperatura y a un caudal de gases de
escape reducidos. El valor de C3 es nulo. Cuando la temperatura se
hace más favorable o cuando las condiciones de marcha se hacen más
favorables, el valor de C3 pasa a 1, de 800 a 845 segundos. Cuando
ha tenido lugar una purga, el coeficiente C3 está a 0 e impide
cualquier nueva purga, mientras que el exceso de consumo no vuelva a
ser inferior al umbral calibrado.
La figura 7 ilustra la evolución del quinto
coeficiente C final y la decisión relativa a la purga de la trampa
de NOx. El producto de los coeficientes CO a C3, presentados
anteriormente, conduce por tanto al quinto coeficiente C final
ilustrado en esta figura 7. La calibración del umbral se fija por
ejemplo a 0,9. Cuando el coeficiente C final se vuelve superior a
0,9, se inicia una purga mediante solicitud.
Se considera así que los coeficientes CO, C1, C2
y C3 permiten tener en cuenta el conjunto de las necesidades y
capacidades del sistema, para operar una purga de los NOx y así
optimizar las prestaciones del sistema.
Además, la calibración de las curvas
cartográficas que determinan estos coeficientes CO, C1, C2 y C3,
permite definir la estrategia sobre el ciclo de homologación con
una buena robustez. La toma de decisiones es poco sensible a las
dispersiones de un ciclo a otro o de un vehículo a otro.
Se considera por tanto que el sistema según la
invención presenta un determinado número de ventajas, especialmente
frente a las estrategias de los supervisores de la trampa de NOx
actualmente en serie, debido a una lógica de toma de decisiones
diferente.
De hecho, en estos supervisores del estado de la
técnica, la decisión se toma por comparación de un parámetro con un
umbral. Por ejemplo, si la masa de NOx es superior a un umbral para
un punto de funcionamiento dado, se inicia una purga. Pueden
utilizarse igualmente comparaciones con varios umbrales en el caso
en el que una purga se pone en marcha, por ejemplo, si la masa de
NOx es superior a un umbral y si un perfil de marcha es
favorable.
En otras palabras, los supervisores del estado
de la técnica utilizan un número finito de condiciones para permitir
tomar una decisión relativa a la purga.
En el sistema según la invención, la estrategia
propuesta es diferente porque existe un número infinito de casos en
los que puede tomarse la decisión. Cada parámetro se asocia entonces
a un peso que puede variar de manera continua. La decisión es, de
hecho, el producto de estos pesos (sin jerarquía) y por tanto es
igualmente continuo. El interés principal de esta solución es que
permite tener en cuenta de manera simple un gran número de
parámetros en la decisión, lo que permite optimizar la decisión en
todas las condiciones de vida del sistema.
Por otro lado, los parámetros escogidos y los
medios escogidos para asignarles un peso (curva, cartografía,
etc...), se adaptan muy bien al funcionamiento de la trampa de NOx.
Esto permite satisfacer las numerosas prestaciones esperadas del
sistema con una buena robustez.
Es evidente, por supuesto, que pueden
considerarse además otros modos de realización.
Claims (5)
1. Un sistema de inicio de una purga de medios
de descontaminación que comprenden una trampa de NOx y que están
integrados en una línea de escape de un motor diésel de vehículo
automóvil, caracterizado porque comprende:
- -
- medios (7) de establecimiento de un primer coeficiente (CO) de tasa de relleno de la trampa de NOx, con NOx,
- -
- medios (8) de establecimiento de un segundo coeficiente (C1) de capacidad de la trampa de NOx para reducir los NOx acumulados en función de su temperatura;
- -
- medios (9) de establecimiento de un tercer coeficiente (C2) de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función de su punto de funcionamiento;
- -
- medios (10) de establecimiento de un cuarto coeficiente (C3) de capacidad del motor para operar una purga de la trampa de NOx en función del exceso de consumo de carburante correspondiente establecido a partir de medios (5) de establecimiento correspondientes;
- -
- medios (11) de combinación de estos coeficientes para obtener un quinto coeficiente final (C final), y
- -
- medios (12) de comparación de este quinto coeficiente final con un umbral, para, en caso de sobrepasar el umbral, emitir una solicitud de inicio de la purga de la trampa de NOx.
2. El sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de combinación de los
coeficientes comprenden medios (11) de multiplicación de los
mismos.
3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el umbral puede calibrarse.
4. El sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
diferentes medios de establecimiento de los coeficientes comprenden
modelos (2, 3, 4, 5) de temperatura, de emisión de NOx, de trampa de
NOx y de consumo de carburante, respectivamente.
5. El sistema según la reivindicación 4,
caracterizado porque dichos modelos (2, 3, 4, 5) integran
cartografías.
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2005
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