ES2303209T3 - Procedimiento de mando de un dispositivo de calentamiento para un catalizador de oxidacion dispuesto en un conducto de escape de motor de combustion de vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de mando de un dispositivo de calentamiento para un catalizador de oxidación (16) dispuesto en un conducto de escape (12) de motor de combustión (10) de vehículo automóvil, que comprende un reformador (30) de hidrocarburos que está embarcado a bordo del vehículo y que está unido al conducto de escape (12) aguas arriba del catalizador de oxidación (16) de manera que alimenta de hidrógeno (B, R) el catalizador (16), del tipo en el cual el reformador (30) comprende: - una primera etapa (56) de producción de un gas denominado bruto (B) que contiene una mezcla de hidrógeno y de monóxido de carbono; - una segunda etapa (58) de purificación que es alimentada de gas bruto (B) y en la cual el hidrógeno es separado del monóxido de carbono de manera que se produce un reformato de hidrógeno purificado (R), siendo el catalizador (16) susceptible de ser alimentado de reformato de hidrógeno purificado (R), caracterizado porque comprende las fases siguientes: - una primera fase (P1) de inicialización en el transcurso de la cual se compara un régimen del motor de combustión medido (Rm) con un régimen denominado de umbral (Rs), y en el transcurso de la cual se compara una temperatura medida del catalizador (Tm) con una temperatura denominada de umbral (Ts); - una segunda fase (P2) de control que se inicia cuando el régimen del motor medido (Rm) es inferior al régimen de umbral (Rs) y cuando la temperatura medida del catalizador (Tm) es inferior a la temperatura de umbral (Ts), y en el transcurso de la cual se comprueba si el reformador (30) está operativo para producir un reformato de hidrógeno purificado (R); - una tercera fase (P3) de evaluación de la capacidad de producción instantánea de hidrógeno del reformador (30) que se inicia cuando el reformador (30) está operativo, y en el transcurso de la cual se evalúa la cantidad instantánea de hidrógeno que el reformador (30) es susceptible de producir para calentar el catalizador (16); - una cuarta fase (P4) de calentamiento del catalizador que se inicia cuando el reformador (30) es susceptible de producir una cantidad instantánea de hidrógeno suficiente para calentar el catalizador (16), y en el transcurso de la cual se inyecta hidrógeno en el conducto de escape (12).
Description
Procedimiento de mando de un dispositivo de
calentamiento para un catalizador de oxidación dispuesto en un
conducto de escape de motor de combustión de vehículo automóvil.
La invención se refiere a un dispositivo de
calentamiento para un catalizador de oxidación dispuesto en un
conducto de escape de vehículo automóvil.
De modo más particular, la invención se refiere
a un dispositivo de calentamiento para un catalizador de oxidación
dispuesto en un conducto de escape de motor de combustión,
especialmente, de vehículo automóvil, que comprende una fuente de
hidrógeno que está unida al conducto de escape aguas arriba del
catalizador de oxidación de manera que alimenta de hidrógeno al
catalizador.
La invención se refiere, también, a un
procedimiento de mantenimiento en temperatura de funcionamiento de
un catalizador que pertenece a un dispositivo de este tipo.
Los motores de combustión interna permiten
transformar en energía mecánica la energía producida en la
combustión de una mezcla aire/carburante. Si la mezcla inicial está
dosificada según la relación estequiométrica teórica, es decir, 1
gramo de carburante para 14,7 gramos de aire, los productos
obtenidos en la combustión son dióxido de carbono (CO_{2}) y agua
(H_{2}O).
Sin embargo, en ciertas fases de funcionamiento
del motor, la mezcla carburada puede ser rica, es decir, comprender
un exceso de carburante, o pobre, es decir, comprender un exceso de
aire.
En el caso de una mezcla rica, aparecen en los
productos obtenidos en la combustión, además de agua y dióxido de
carbono, moléculas reductoras, tales como hidrocarburos (HC),
monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H_{2}).
En el caso de una mezcla pobre, aparecen en los
gases de escape moléculas oxidantes, tales como óxido de nitrógeno
(NOx) y oxígeno (O_{2}).
Para limitar la producción de estas sustancias
contaminantes, es necesario entonces que el motor funcione lo más
frecuentemente posible quemando una mezcla dosificada según las
proporciones estequiométricas, pero esto no es siempre posible, ni
siquiera deseable.
En efecto, cuando el motor está frío o cuando se
desea obtener una potencia máxima, por ejemplo en el transcurso de
una aceleración del vehículo, es necesario hacer funcionar el motor
con una mezcla rica.
Por el contrario, durante las fases de
desaceleración, o cuando la necesidad de potencia es baja, se tiene
interés en hacer funcionar el motor con la ayuda de una mezcla pobre
para reducir el consumo de carburante.
Desde hace ya varios años, las normas de
contaminación imponen dotar a los vehículos automóviles con un
dispositivo catalítico, o catalizador, destinado a tratar
químicamente los gases de escape para liberarlos de la mayor parte
de las sustancias contaminantes que contienen.
Los dispositivos catalíticos utilizados
generalmente tienen como primera función terminar la oxidación de la
mezcla carburada que es solo incompleta en el interior del motor. Se
trata, entonces, de reagrupar en sitios catalíticos moléculas
oxidantes y moléculas reductoras, tal como el monóxido de carbono,
presentes en los gases de escape, para que estas se combinen con el
fin de producir agua y dióxido de carbono. Estos sitios están
formados en un soporte, denominado monolito, que es una estructura
porosa que presenta una gran superficie de contacto con los gases de
escape que atraviesan el bote, y que está revestida de sustancias
químicas que tienen propiedades catalíticas.
La capacidad del catalizador para oxidar las
moléculas reductoras aumenta a medida que su temperatura aumenta. Se
define, así, una temperatura de activación del catalizador a la cual
el catalizador oxida la casi totalidad de las moléculas reductoras
que le atraviesan. Esta temperatura de activación es, por ejemplo,
del orden de 150ºC para los motores diesel y del orden de 200ºC para
los motores de gasolina.
El catalizador es calentado, generalmente, hasta
esta temperatura de activación, gracias a los gases de combustión
calientes que son expulsados en el conducto de escape y que
atraviesan el catalizador.
Sin embargo, existen varias situaciones en las
cuales la temperatura del catalizador es susceptible de ser inferior
a la temperatura de activación.
En primer lugar, durante el arranque del motor,
el catalizador de oxidación está frío y no permite oxidar las
moléculas reductoras.
Así, entre el arranque del motor y el instante
en el cual el catalizador es activado por el paso de los gases de
escape calientes, se expulsa a la atmósfera una gran cantidad de
sustancias contaminantes, especialmente, monóxido de carbono y/o
hidrocarburos. Esta cantidad de sustancias contaminantes es tanto
mayor cuanto que en el arranque el motor funciona necesariamente con
una mezcla rica. El catalizador solo está activado cuando su
temperatura alcanza la temperatura de activación.
Después, cuando el motor gira al ralentí durante
un largo período, por ejemplo cuando el vehículo está bloqueado en
un atasco, la temperatura de los gases de escape disminuye y el
catalizador corre el riesgo de enfriarse por debajo de su
temperatura de activación y, por tanto, de ser desactivado.
Además, algunos vehículos están equipados con un
sistema denominado de "parada y arranque" que corta el
funcionamiento del motor cuando el vehículo está parado
temporalmente, por ejemplo en un semáforo o en un atasco. La
frecuencia de los cortes del motor corre el riesgo, entonces, de
retardar la activación del catalizador o de desactivar el
catalizador.
El sistema de "parada y arranque" se pone
en práctica, especialmente, a bordo de vehículos que están provistos
de una fuente de energía eléctrica autónoma, tal como una pila de
combustible. La alimentación del circuito eléctrico del vehículo no
depende, entonces, de un alternador arrastrado por el motor, como es
el caso de los vehículos que están equipados con una batería, lo que
permite cortar el motor sin correr el riesgo de carecer de energía
eléctrica.
Con objeto de disminuir la duración de
activación del catalizador, y así la cantidad de sustancias
contaminantes expulsadas a la atmósfera, existen procedimientos de
ayuda a la activación del catalizador por inyección de hidrógeno en
el conducto de escape aguas arriba del catalizador.
En efecto, durante el contacto con el
catalizador frío, el hidrógeno es oxidado por las sustancias
catalíticas. Esta reacción de oxidación, que es muy exotérmica,
desprende una gran cantidad de calor, suficiente para activar el
catalizador.
De acuerdo con un modo de realización conocido
de un procedimiento de este tipo, la fuente de hidrógeno es un
depósito de hidrógeno. Ahora bien, un depósito de hidrógeno es
pesado y voluminoso.
Además, es necesario llenar regularmente el
depósito de hidrógeno. Ahora bien, las fuentes de aprovisionamiento
de hidrógeno están poco extendidas.
De acuerdo con otro modo de realización conocido
de un procedimiento de este tipo, se utiliza un electrolizador para
producir hidrógeno a partir de agua. Sin embargo, un electrolizador
consume mucha electricidad. Además, un sistema de este tipo impone
al usuario del vehículo llenar frecuentemente el depósito de
agua.
El documento
US-A-2002.031.453 divulga un
dispositivo de calentamiento de un catalizador en el cual el
hidrógeno es producido por un reformador. Sin embargo, el
catalizador no está dispuesto en un conducto de escape de un motor
de combustión. Así pues, el procedimiento de mando del dispositivo
no está adaptado a las exigencias de funcionamiento de un motor de
combustión de vehículo automóvil.
El documento
US-A-2004/115.490 divulga un
dispositivo de calentamiento para un vehículo automóvil que
comprende un catalizador de oxidación dispuesto en un conducto de
escape de motor de combustión (44) de vehículo automóvil. El
dispositivo comprende un reformador de hidrocarburos que está
embarcado a bordo del vehículo y que está unido al conducto de
escape (50) aguas arriba del catalizador de oxidación de modo que
alimenta de hidrógeno al catalizador (46). El reformador
comprende:
- una primera etapa de producción de un gas
denominado bruto que contiene una mezcla de hidrógeno y de monóxido
de carbono;
- una segunda etapa de purificación que es
alimentada de gas bruto y en la cual el hidrógeno es separado del
monóxido de carbono de manera que se produce un reformato de
hidrógeno purificado.
Sin embargo, en este documento, el catalizador
es alimentado de gas bruto por intermedio del conducto, mientras que
en la invención objeto de la presente solicitud, el catalizador es
alimentado de reformato purificado. Además, no se precisa que el
catalizador sea calentado por oxidación del hidrógeno producido por
el reformador.
Además, este tipo de procedimiento está
concebido para calentar el catalizador frío durante el arranque del
vehículo. Sin embargo, no está previsto mantener el catalizador a su
temperatura de activación.
De acuerdo con otras características de la
invención:
- el reformador comprende una primera etapa de
producción de un gas denominado bruto que contiene una mezcla de
hidrógeno y de monóxido de carbono, y comprende una segunda etapa de
purificación que es alimentada de gas bruto y en la cual el
hidrógeno es separado del monóxido de carbono de manera que se
produce un reformato de hidrógeno purificado;
- el catalizador es alimentado de reformato de
hidrógeno purificado;
- el dispositivo comprende medios de regulación
de la cantidad de reformato de alimentación del catalizador de
oxidación;
- el catalizador es alimentado de gas bruto;
- el dispositivo comprende medios de regulación
de la cantidad de gas bruto de alimentación del catalizador de
oxidación;
- el reformador comprende un quemador de
calentamiento del reformador que es alimentado de carburante y de
aire, y que produce gases de combustión calientes que son evacuados
en un conducto de evacuación, y el dispositivo comprende un conducto
de punción que une el conducto de evacuación al conducto de escape
aguas arriba del catalizador de oxidación;
- el conducto de punción comprende medios de
regulación de la cantidad de gases de combustión calientes derivados
hacia el conducto de escape;
- el reformador alimenta de reformato de
hidrógeno purificado una pila de combustible embarcada a bordo del
vehículo.
La invención propone, también, un procedimiento
de mantenimiento en temperatura de un catalizador que pertenece a un
dispositivo de este tipo, caracterizado porque comprende las fases
siguientes:
- una primera fase de inicialización en el
transcurso de la cual se compara un régimen del motor de combustión
medido con un régimen denominado de umbral, y en el transcurso de la
cual se compara una temperatura medida del catalizador con una
temperatura denominada de umbral;
- una segunda fase de control que se inicia
cuando el régimen del motor medido es inferior al régimen de umbral
y cuando la temperatura medida del catalizador es inferior a la
temperatura de umbral, y en el transcurso de la cual se comprueba si
el reformador está operativo para producir un reformato de hidrógeno
purificado;
- una tercera fase de evaluación de la capacidad
de producción instantánea de hidrógeno del reformador, que se
iniciada cuando el reformador está operativo, y en el transcurso de
la cual se evalúa la cantidad instantánea de hidrógeno que el
reformador es susceptible de producir para calentar el
catalizador;
- una cuarta fase de calentamiento del
catalizador que se inicia cuando el reformador es susceptible de
producir una cantidad instantánea de hidrógeno suficiente para
calentar el catalizador, y en el transcurso de la cual el hidrógeno
es inyectado en el conducto de escape.
De acuerdo con otras características del
procedimiento según la invención:
- durante una quinta fase de calentamiento que
se inicia como alternativa a la cuarta fase de calentamiento si el
régimen del motor medido es nulo, el quemador es sobrealimentado de
aire de manera que los gases de combustión contengan oxígeno, y que
los gases de combustión así enriquecidos en oxígeno sean inyectados
en el conducto de escape además del hidrógeno;
- cuando el régimen del motor de combustión
medido permanece constantemente nulo por encima de una duración
determinada, se detiene el procedimiento de mantenimiento en
temperatura;
- si, durante la segunda fase de control, se
comprueba que el reformador no es funcional, se inicia una segunda
fase de calentamiento, en el transcurso de la cual el quemador es
activado de manera que alimente de gases de combustión calientes al
conducto de escape, de manera que calienten el catalizador.
Otras características y ventajas se pondrán de
manifiesto en el transcurso de la lectura de la descripción
detallada que sigue, para cuya comprensión se hará referencia a los
dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es una representación esquemática
de un vehículo automóvil que comprende una línea de escape equipada
con un catalizador de oxidación y que comprende un reformador de
hidrógeno que es susceptible de alimentar de hidrógeno el
catalizador de acuerdo con las enseñanzas de la invención;
- la figura 2 es una vista similar a la figura 1
que representa una variante de la invención;
- la figura 3 es un esquema de bloques que
representa un procedimiento de activación del catalizador de
oxidación.
En lo que sigue de la descripción, elementos
similares, análogos o idénticos, serán indicados por los mismos
números de referencia.
En lo que sigue, se adoptará una dirección de
circulación de los fluidos que está dirigida de aguas arriba a aguas
abajo, como está indicado por las flechas de las figuras 1 y 2.
En la figura 1 se ha representado
esquemáticamente un vehículo automóvil que está equipado con un
motor de combustión interna 10, que permite transformar en energía
mecánica la energía producida en la combustión de una mezcla de aire
y de carburante.
Los gases de escape "G1" producidos por
esta combustión son evacuados a continuación en un conducto de
escape 12 que comprende un extremo aguas abajo 14 que evacua estos
gases de escape "G1" a la atmósfera.
Los gases de escape "G1" son susceptibles
de contener moléculas reductoras contaminantes, tales como monóxido
de carbono CO o hidrocarburos HC, que es preferible eliminar antes
de que los gases de escape "G1" sean expulsados a la atmósfera.
Con este fin, se dispone en la línea de escape 12 un catalizador de
oxidación 16, o convertidor catalítico.
El catalizador de oxidación 16 comprende, por
ejemplo, un monolito (no representado) poroso que está impregnado de
sustancias catalíticas oxidantes. Cuando los gases de escape
"G1" atraviesan el monolito, las moléculas reductoras son
oxidadas durante el contacto con las sustancias catalíticas. Por
ejemplo, el monóxido de carbono CO es convertido en dióxido de
carbono CO_{2}.
La cantidad de moléculas reductoras que elimina
el catalizador de oxidación 16 depende de la temperatura del
catalizador de oxidación 16. El catalizador de oxidación 16
comprende, especialmente, una temperatura característica que se
denomina temperatura de activación "Ta".
Cuando la temperatura del catalizador 16 es
superior o igual a la temperatura de activación "Ta", el
catalizador está en un estado denominado activado en el cual es apto
para eliminar la casi totalidad de las moléculas reductoras
contenidas en los gases de escape "G1".
Por otra parte, a bordo del vehículo está
embarcada en este caso una pila de combustible 18 con el fin de
producir la electricidad que es necesaria para el funcionamiento de
equipos eléctricos 20 del vehículo. En este caso, los equipos
eléctricos 20 son alimentados de electricidad "E" por
intermedio de conductores eléctricos que están representados en
trazos interrumpidos en la figura 1.
Para poder producir electricidad, la pila de
combustible 18 debe ser alimentada de comburente y de carburante. El
comburente es en este caso aire que contiene oxígeno O_{2} y el
carburante es hidrógeno H_{2}.
Así, el vehículo comprende un conducto 22 de
alimentación de aire "A" a la pila 18, en el cual está
dispuesto un compresor 24. El conducto de alimentación de aire 22
comprende un extremo aguas arriba 26 de aspiración de aire
atmosférico y un extremo aguas abajo 28 de alimentación de la pila
de combustible 18.
El aire "A" es, así, aspirado por el
extremo de aspiración 26, después es comprimido en el compresor 24
antes de alimentar la pila de combustible 18 como comburente a
través del extremo de alimentación de aire 28.
El vehículo comprende, también, un reformador 30
que está destinado a producir hidrógeno H_{2} a partir de
hidrocarburos que están contenidos en un depósito 32. Un conducto de
alimentación de hidrocarburos 34 une el depósito 32 al reformador
30.
El producto del reformador 30, que se denomina
"reformato", se obtiene por una reacción denominada
"reformación". El reformato "R" que comprende H_{2}
puro, es conducido hasta la pila de combustible 18 por intermedio de
un conducto 35 de alimentación de reformato "R".
El reformador 30 debe ser calentado por encima
de una temperatura de funcionamiento "Tr" para que los
hidrocarburos sean transformados en reformato. Ahora bien, la
reformación es una reacción endotérmica.
Para mantener la temperatura del reformador 30
por encima de la temperatura de funcionamiento "Tr", está
previsto entonces aportar la cantidad de calor suficiente quemando
una mezcla de hidrocarburos y de aire en un quemador 36 de
calentamiento del reformador 30.
Ventajosamente, el quemador 36 es alimentado en
hidrocarburos por el depósito 32 por intermedio de un conducto 38, y
es alimentado de aire por un conducto de derivación 40 que une el
conducto de alimentación de aire 22, aguas abajo del compresor 24,
al quemador 36.
Los gases de combustión calientes "G2" que
salen del quemador 36, son evacuados a continuación en un conducto
de evacuación 42 que une el quemador 36 a un intercambiador de calor
44 que transmite el calor desde los gases de combustión "G2"
hasta el reformador 30.
De acuerdo con las enseñanzas de la invención,
está previsto utilizar una porción del reformato "R" producido
por el reformador 30 para acelerar el calentamiento y/o mantener el
catalizador de oxidación 16 por encima de su temperatura de
activación "Ta".
A tal efecto, un conducto de derivación 46 une
el conducto de alimentación de reformato 35 al conducto de escape 12
aguas arriba del catalizador de oxidación 16.
En el conducto de derivación 46 está dispuesta
una primera válvula de regulación del caudal 48, y en el conducto de
alimentación de reformato 35 está dispuesta una segunda válvula de
regulación del caudal 50 aguas abajo de la unión con el conducto de
derivación 46. La primera válvula 48 y la segunda válvula 50 se
denominarán en lo que sigue, respectivamente, válvula de derivación
de reformato 48 y válvula de alimentación 50.
La válvula de derivación de reformato 48 es un
medio de regulación de la proporción o de la cantidad de reformato
"R" que es derivada al conducto de derivación 46. A tal efecto,
el vehículo comprende en este caso una unidad electrónica de mando
(no representada) que manda la válvula de derivación de reformato
48.
Cuando la válvula de derivación de reformato 48
es mandada de manera que se derive reformato "R" al conducto de
derivación 46, moléculas de hidrógeno H_{2} del reformato "R"
se mezclan con los gases de escape "G1" que circulan hacia el
catalizador de oxidación 16 que está dispuesto aguas abajo.
Durante el contacto con las sustancias
catalíticas que están presentes en el catalizador de oxidación 16,
el hidrógeno H_{2} se oxida de modo exotérmico produciendo agua
H_{2}O. Esta reacción desprende una cantidad de calor suficiente
para calentar el catalizador de oxidación 16 por encima de su
temperatura de activación "Ta".
La segunda válvula de alimentación 50 es mandada
también por la unidad de mando, y permite regular la cantidad de
reformato "R" que alimenta la pila de combustible 18.
De acuerdo con una variante de la invención, que
está representada en la figura 1, un conducto de punción 52 une el
conducto de evacuación 42 al conducto de escape 12 aguas arriba del
catalizador de oxidación 16, de manera que una parte de los gases de
combustión "G2" del quemador 36 se derive hacia el catalizador
de oxidación 16.
En el conducto de punción 52 está dispuesta una
tercera válvula de regulación del caudal 54 de manera que regula la
cantidad o la proporción de gases de combustión "G2" que debe
ser derivada hacia el catalizador de oxidación 16. La tercera
válvula 54 que en este caso es mandada por la unidad electrónica de
mando, se denominará en lo que sigue válvula de punción 54.
Así, cuando los gases de combustión "G2"
calientes, cuya temperatura sobrepasa la temperatura de activación
del catalizador "Ta", son derivados en el conducto de punción
52, estos se mezclan con los gases de escape "G1" aguas arriba
del catalizador 16.
Cuando los gases de escape "G1" están
relativamente "fríos", es decir, que su temperatura es inferior
a la temperatura de activación del catalizador "Ta", por
ejemplo cuando el motor 10 funciona al ralentí, los gases de
combustión "G2" relativamente "calientes", es decir, que
su temperatura es superior a la temperatura de activación del
catalizador "Ta", aportan una cantidad de calor que permite
aumentar la temperatura del catalizador de oxidación 16 para
activarle.
Así, cuando los gases de escape "G1" no
contienen suficientemente oxígeno O_{2} para oxidar las moléculas
reductoras, el quemador 36 es sobrealimentado de aire de manera que
los gases de combustión "G2" contengan oxígeno O_{2}. Así, es
posible inyectar el oxígeno O_{2} contenido en los gases de
combustión "G2" en el catalizador de oxidación 16 a través del
conducto de punción 52 con el fin de compensar la carencia de
oxígeno O_{2} de los gases de escape "G1".
Además, la presencia de oxígeno O_{2} en el
catalizador de oxidación 16 permite acelerar el aumento de
temperatura del catalizador 16 de acuerdo con el fenómeno de
oxidación exotérmica descrito anteriormente.
De acuerdo con una variante de la invención
representada en la figura 2, el reformador 30 comprende una primera
etapa 56 de producción de un gas bruto "B" a partir de los
hidrocarburos que alimentan el reformador 30. El gas bruto "B"
contiene, principalmente, una mezcla de hidrógeno H_{2} y de
monóxido de carbono CO.
Siendo el monóxido de carbono CO un veneno para
la pila de combustible 18, hay que eliminarle del gas bruto "B"
para obtener el reformato "R" de hidrógeno purificado que es
apto para alimentar la pila de combustible 18.
A tal efecto, el reformador 30 comprende una
segunda etapa 58 de purificación que es alimentada de gas bruto
"B" por intermedio de un conducto interno 60. La segunda etapa
58 permite separar el monóxido de carbono CO del hidrógeno H_{2}
con el fin de obtener el reformato "R" de hidrógeno
purificado.
De acuerdo con esta variante, con el fin de
poder desviar una parte del gas bruto "B" producido por la
primera etapa 56 del reformador 30 hacia el catalizador de oxidación
16, está dispuesto un conducto de desviación 62 de manera que une el
conducto interno 60 hasta el conducto de escape 12 aguas arriba del
catalizador de oxidación 16.
En el conducto de desviación 62 está dispuesta
una válvula 64 de regulación del caudal de gas bruto "B". La
válvula 64, que es mandada por la unidad electrónica de mando, se
denominará en lo que sigue válvula de desviación 64.
Preferentemente, como está ilustrado en la
figura 2, el conducto de desviación 62 está unido al conducto de
derivación 46 aguas abajo de la válvula de derivación de reformato
48.
Cuando el catalizador 16 es alimentado con gas
bruto "B", el catalizador 16 es calentado, por una parte, por
la reacción exotérmica con el hidrógeno H_{2}, contenido en el gas
bruto "B" y, por otra, por la reacción de oxidación del
monóxido de carbono CO que es también exotérmica.
Así, cuando el catalizador 16 no está activado o
cuando hay riesgo de desactivación del catalizador 16, es posible
mandar las válvulas de desviación 64 y de derivación de reformato
48, de manera que:
- el catalizador 16 sea alimentado únicamente de
gas bruto "B";
- el catalizador 16 sea alimentado únicamente de
reformato "R";
- el catalizador 16 sea alimentado con una
mezcla de reformato "R" y de gas bruto "B".
Además, mandando la válvula de punción 54, es
posible inyectar gases de combustión "G2" en el catalizador 16
para elevar su temperatura. Los gases de combustión "G2" pueden
ser, además, más o menos ricos en oxígeno en función de la posición
de la válvula 55.
La invención propone, también, un procedimiento
de mando de este dispositivo para activar el catalizador 16, es
decir, para calentar el catalizador 16 hasta su temperatura de
activación "Ta" o para mantener la temperatura del catalizador
16 por encima de su temperatura de activación "Ta".
Este procedimiento, que está ilustrado
esquemáticamente en la figura 3, comprende, principalmente, cuatro
fases.
Durante una primera fase "P1" de
inicialización, se compara un régimen del motor de combustión medido
"Rm" con un régimen denominado de umbral "Rs". A tal
efecto, el vehículo comprende medios 66 de medición del régimen del
motor "Rm", como está representado en las figuras 1 y 2.
Se compara, también, una temperatura medida
"Tm" del catalizador 16 con una temperatura denominada de
umbral "Ts". A tal efecto, el catalizador comprende en este
caso una sonda de medición de la temperatura 68, como está
representado en las figuras 1 y 2.
Los medios de medición del régimen 66 y la sonda
68 están unidos en este caso a la unidad de mando. Las operaciones
de comparación son realizadas aquí automáticamente por la unidad de
mando.
Cuando el régimen del motor medido "Rm" es
inferior al régimen de umbral "Rs" y cuando la temperatura
medida "Tm" del catalizador 16 es inferior a la temperatura de
umbral "Ts", se inicia una segunda fase "P2" de control.
En estas condiciones, se estima que los gases de escape "G1" no
están suficientemente calientes para activar rápidamente el
catalizador 16 o mantenerle activado.
En el transcurso de esta segunda fase de control
"P2", la unidad de mando comprueba si el reformador 30 está
operativo para producir reformato de hidrógeno purificado
"R".
Cuando el reformador 30 está operativo, es
decir, que éste es apto para producir inmediatamente reformato
"R", se inicia una tercera fase "P3" de evaluación de la
capacidad de producción instantánea de hidrógeno del
refor-
mador.
mador.
En el transcurso de esta tercera fase "P3",
la unidad de mando, por ejemplo, evalúa la cantidad instantánea de
hidrógeno que el reformador es susceptible de producir para calentar
el catalizador.
Si el reformador 30, aunque funcional, no es
susceptible de facilitar instantáneamente reformato, se considera
que las capacidades de producción de reformato están totalmente
dedicadas a la producción de energía eléctrica por la pila de
combustible. Así pues, no es posible activar el catalizador 16
utilizando el reformador 30 o el quemador 36, y se reinicializa el
procedimiento.
Si no, si el reformador 30 es susceptible de
producir una cantidad instantánea de reformato "R" suficiente
para calentar el catalizador 16, se inicia una operación de prueba
del régimen del motor "TR". Durante esta prueba "TR", se
comprueba si el régimen del motor medido "Rm" es nulo.
Si durante la prueba "TR" se comprueba que
el régimen del motor "Rm" es no nulo, se inicia una cuarta fase
"P4" de calentamiento del catalizador 16.
En el transcurso de esta fase de calentamiento
"P4", el reformato "R" es inyectado en el conducto de
escape 12 a través del conducto de derivación 46. A tal efecto, la
unidad de mando gobierna de modo apropiado la válvula de derivación
de reformato 48.
Si no, cuando el régimen del motor medido
"Rm" es nulo, se considera que en el conducto de escape 12 no
circulan, ni gases de escape "G1", ni oxígeno O_{2}. Se
inicia entonces una quinta fase de calentamiento "P5".
En el transcurso de esta fase "P5", el
quemador 36 es sobrealimentado de aire de manera que los gases de
combustión "G2" contengan oxígeno O_{2}, y que los gases de
combustión "G2" así enriquecidos en oxígeno sean inyectados en
el conducto de escape 12 además del reformato "R".
Cuando el régimen del motor de combustión medido
permanece constantemente nulo por encima de una duración
determinada, se considera que el vehículo está en parada prolongada
o en estacionamiento. Se detiene, por tanto, el procedimiento de
mantenimiento en temperatura.
Si, durante la segunda fase "P2", se
comprueba que el reformador 30 no es funcional, se inicia una fase
alternativa "P6" de calentamiento.
En el transcurso de esta fase alternativa
"P6", el quemador 36 es activado de manera que alimenta de
gases de combustión calientes "G2" al conducto de escape, de
manera que calienten el catalizador 16 a través del conducto de
punción 52. A tal efecto, la válvula de punción 54 es mandada de
manera que deje que los gases de combustión "G2" transiten
hacia el conducto de escape 12.
De acuerdo con una variante del procedimiento,
durante la cuarta y la quinta fases de calentamiento "P4",
"P5", el catalizador 16 puede ser alimentado con gas bruto
"B" o con una mezcla de reformato "R" y de gas bruto
"B". A tal efecto, las válvulas de derivación de reformato 48
y/o de desviación 64 son mandadas entonces por la unidad de
mando.
En los dispositivos descritos anteriormente, el
reformador 30 está asociado siempre a una pila de combustible 18.
Sin embargo, la invención es aplicable a un dispositivo en el cual
el reformador 30 no esté asociado a una pila de combustible. El
reformador 30 puede ser dedicado, por ejemplo, a la producción de
reformato "R" para activar el catalizador 16.
En este caso, se comprenderá que el
procedimiento de mando descrito anteriormente no está limitado por
las exigencias impuestas por la pila de combustible 18.
Claims (4)
1. Procedimiento de mando de un dispositivo de
calentamiento para un catalizador de oxidación (16) dispuesto en un
conducto de escape (12) de motor de combustión (10) de vehículo
automóvil, que comprende un reformador (30) de hidrocarburos que
está embarcado a bordo del vehículo y que está unido al conducto de
escape (12) aguas arriba del catalizador de oxidación (16) de manera
que alimenta de hidrógeno (B, R) el catalizador (16), del tipo en el
cual el reformador (30) comprende:
- una primera etapa (56) de producción de un
gas denominado bruto (B) que contiene una mezcla de hidrógeno y de
monóxido de carbono;
- una segunda etapa (58) de purificación que es
alimentada de gas bruto (B) y en la cual el hidrógeno es separado
del monóxido de carbono de manera que se produce un reformato de
hidrógeno purificado (R), siendo el catalizador (16) susceptible de
ser alimentado de reformato de hidrógeno purificado (R),
caracterizado porque comprende las fases
siguientes:
- una primera fase (P1) de inicialización en el
transcurso de la cual se compara un régimen del motor de combustión
medido (Rm) con un régimen denominado de umbral (Rs), y en el
transcurso de la cual se compara una temperatura medida del
catalizador (Tm) con una temperatura denominada de umbral (Ts);
- una segunda fase (P2) de control que se inicia
cuando el régimen del motor medido (Rm) es inferior al régimen de
umbral (Rs) y cuando la temperatura medida del catalizador (Tm) es
inferior a la temperatura de umbral (Ts), y en el transcurso de la
cual se comprueba si el reformador (30) está operativo para producir
un reformato de hidrógeno purificado (R);
- una tercera fase (P3) de evaluación de la
capacidad de producción instantánea de hidrógeno del reformador (30)
que se inicia cuando el reformador (30) está operativo, y en el
transcurso de la cual se evalúa la cantidad instantánea de hidrógeno
que el reformador (30) es susceptible de producir para calentar el
catalizador (16);
- una cuarta fase (P4) de calentamiento del
catalizador que se inicia cuando el reformador (30) es susceptible
de producir una cantidad instantánea de hidrógeno suficiente para
calentar el catalizador (16), y en el transcurso de la cual se
inyecta hidrógeno en el conducto de escape (12).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación precedente del tipo en el cual el reformador
comprende un quemador (36) de calentamiento del reformador (30) que
es alimentado de carburante y de aire, y que produce gases de
combustión calientes (G2) que son evacuados en un conducto de
evacuación (42), y del tipo en el cual un conducto de punción (52)
une el conducto de evacuación (42) al conducto de escape (12) aguas
arriba del catalizador de oxidación (16),
caracterizado porque, durante una quinta
fase (P5) de calentamiento que se inicia como alternativa de la
cuarta fase de calentamiento (P4) si el régimen del motor medido
(Rm) es nulo, el quemador (36) es sobrealimentado de aire de manera
que los gases de combustión (G2) contengan oxígeno, y que los gases
de combustión (G2) así enriquecidos en oxígeno sean inyectados en el
conducto de escape (12) además del hidrógeno
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque, cuando el
régimen del motor de combustión medido (Rm) permanece constantemente
nulo por encima de una duración determinada, se detiene el
procedimiento de mando del dispositivo de calentamiento.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque, si durante la segunda
fase de control (P2), se comprueba que el reformador (30) no es
funcional, se inicia una fase alternativa de calentamiento (P6), en
el transcurso de la cual se activa el quemador (36) de manera que
alimente de gases de combustión calientes (G2) el conducto de escape
(12) de manera que calienten el catalizador (16).
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