ES2303685T3 - Procedimiento y dispositivo para gestionar el funcionamiento de una trampa de oxidos de nitrogeno, y diagnosticar su estado de envejecimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para gestionar el funcionamiento de una trampa de óxidos de nitrógeno, y para diagnosticar su estado de envejecimiento para un motor de combustión interna que funciona con mezcla pobre, según el cual se ordena periódicamente una purga de dicha trampa de óxidos de nitrógeno que consiste en disponer una primera sonda de oxígeno en el conducto de escape aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno, y en observar la evolución de una señal significativa representativa de la señal suministrada por esta sonda, caracterizada porque un único aumento sensible de esta señal representativa hacia un valor umbral S1 que se cuenta desde el comienzo de la purga de la trampa de óxidos de nitrógeno, obtenida a continuación de una variación consecutiva a un paso del motor a un funcionamiento con mezcla pobre a un funcionamiento con mezcla rica, utilizándose como indicador para ordenar el fin de la purga, y porque la integración de la señal significativa entre el instante de comienzo de la purga y el instante de final de la purga, y además la comparación del valor de integración en un valor umbral S2, o bien la medida del tiempo transcurrido para alcanzar el umbral S1 con respecto al instante de comienzo de la purga se utilizan para diagnosticar su estado de envejecimiento.
Description
Procedimiento y dispositivo para gestionar el
funcionamiento de un trampa de óxidos de nitrógeno, y diagnosticar
su estado de envejecimiento.
El invento se refiere a un procedimiento y a un
dispositivo para gestionar el funcionamiento de una trampa de
óxidos de nitrógeno, y para diagnosticar su estado de envejecimiento
para un motor que funciona con mezcla pobre, es decir en
condiciones de exceso de oxígeno con respecto al carburante.
Es conocido de la solicitud de patente FR
2.843.044 un procedimiento y un dispositivo de gestión del
funcionamiento de una trampa de óxidos de nitrógeno para tales
motores.
El procedimiento según este documento utiliza
una sonda de oxígeno de tipo todo o nada para detectar el final de
la actividad de reducción de los óxidos de nitrógeno adsorbidos en
un catalizador de tipo trampa de óxidos de nitrógeno. Según este
procedimiento, la detección del fin de purga se realiza a una
temperatura normal de funcionamiento del captador de gas, o sea
entre aproximadamente 650º y 800ºC.
La detección del fin de purga en este documento
se realiza gracias a la presencia de un segundo salto de la señal
eléctrica dada por la sonda de oxígeno, dispuesta aguas abajo de la
trampa. Este segundo salto se utiliza como indicador del final de
la purga.
La detección fácil del segundo salto según el
procedimiento de este documento tiene el inconveniente de poder ser
desgraciadamente perturbada por diferentes parámetros.
El primero de entre ellos está ligado al
control, más o menos bien realizado, de la composición de los gases
de escape a la salida del motor, que entrañan así fluctuaciones en
la señal de la sonda, y como consecuencia falsas detecciones del
fin de la purga.
El segundo parámetro está ligado a la duración
de la detección de la primera plataforma que se manifiesta
demasiado corta para ser siempre fiable.
El último parámetro está ligado a la necesidad
de tener una amplitud de la señal de la sonda suficiente para
permitir una detección correcta del segundo salto en la curva.
En fin, este procedimiento anterior tiene el
inconveniente de no permitir realizar el diagnóstico del estado de
envejecimiento de una trampa de óxidos de nitrógeno en el curso de
su utilización.
También subsiste la necesidad de poder disponer
de un procedimiento para gestionar el funcionamiento de una trampa
de óxidos de nitrógeno, a la vez que poder diagnosticar su estado de
envejecimiento, y por tanto de funcionamiento para un motor de
combustión interna que funciona con mezcla pobre.
El invento tiene por tanto como objeto un
procedimiento para gestionar el funcionamiento de una trampa de
óxidos de nitrógeno, y para diagnosticar su estado de envejecimiento
para un motor de combustión interna que funciona con mezcla pobre,
según el cual se manda periódicamente una purga de dicha trampa de
óxidos de nitrógeno, que consiste en disponer una primera sonda de
oxígeno en el conducto de escape aguas abajo de la trampa de óxidos
de nitrógeno, y de observar la evolución de una señal significativa
representativa de la señal suministrada por esta sonda.
Este procedimiento se caracteriza porque un
único aumento sensible de esta señal representativa hacia un valor
umbral S1 contado desde el comienzo de la purga de la trampa de
óxidos de nitrógeno, obtenida a continuación de una variación
consecutiva a un paso del motor de un funcionamiento con mezcla
pobre a un funcionamiento con mezcla rica, se utiliza como
indicador para ordenar el final de la purga, y porque la integración
de la señal significativa entre el instante de comienzo de purga y
el instante de final de la purga, a continuación, la comparación
del valor de integración en un valor umbral S2, o bien, la medida
del tiempo transcurrido para alcanzar el umbral S1 con respecto al
instante de comienzo de purga se utilizan para diagnosticar su
estado de envejecimiento.
El procedimiento del invento tiene la ventaja,
de que cuando el captador de gas (sonda lambda) funciona a baja
temperatura (400º a 500ºC), de fiabilizar, a la vez, la detección de
final de la purga y el diagnóstico del estado de envejecimiento de
la trampa de óxidos de nitrógeno.
Cuando el captador de gas (sonda lambda)
funciona a baja temperatura, el procedimiento del invento tiene la
ventaja de permitir una detección sencilla y sólida del final de la
purga de la trampa de óxidos de nitrógeno.
El procedimiento del invento en el que el
diagnóstico se realiza a la temperatura normal de funcionamiento
del captador de gas, o sea entre aproximadamente 650º y 800ºC, tiene
la ventaja de ser más rápido que a baja temperatura. En efecto, no
hay modificación alguna del equilibrio térmico de la sonda. Esto
permite por tanto realizar el diagnóstico desde la toma de
decisión.
\newpage
El invento tiene además como objeto un
dispositivo de gestión del funcionamiento de una trampa de óxidos de
nitrógeno y el diagnóstico de su estado de envejecimiento para un
motor de combustión interna que funciona con mezcla pobre, para la
puesta en práctica del procedimiento tal como se ha definido
anteriormente, estando el motor equipado con una línea de escape
provista de una trampa de óxidos de nitrógeno.
Este dispositivo se caracteriza porque tiene una
sonda de oxígeno colocada en la línea de escape aguas abajo de la
trampa de óxidos de nitrógeno, y de medios de cálculo para
determinar el único aumento sensible de una señal significativa
representativa de la señal suministrada por dicha sonda a partir del
comienzo de la purga, siendo dicha señal obtenida a continuación de
la puesta en marcha de una operación de purga, para servirse de
ella como indicador de fin de purga, y para determinar el estado de
envejecimiento de la trampa de óxidos de nitrógeno.
Preferiblemente, la gestión del funcionamiento
de la trampa de óxidos de nitrógeno puede realizarse cuando la
sonda de oxígeno lambda funciona a una temperatura comprendida entre
400º y 500ºC.
Preferiblemente, el diagnóstico puede realizarse
cuando la sonda de oxígeno lambda funciona a una temperatura que va
desde aproximadamente 400º a 500ºC, o bien aproximadamente 650º a
800ºC.
Preferiblemente, antes o después de la
observación de la única señal obtenida a una temperatura de
aproximadamente 400º-500ºC, se puede observar una nueva señal
complementaria independientemente de la anterior señal.
Esta nueva señal puede comprender un nuevo
aumento sensible que forma una segunda plataforma a partir de una
primera plataforma de nivel sensiblemente constante, obtenida a
continuación de una variación como consecuencia de un paso del
motor de un funcionamiento con mezcla pobre a un funcionamiento con
mezcla rica. Esta nueva señal puede utilizarse como indicador
complementario para ordenar el final de la purga cuando la sonda de
oxígeno lambda funciona a una temperatura comprendida entre
aproximadamente 650º y 800ºC.
El diagnóstico puede obtenerse también por la
medida del tiempo transcurrido entre las plataformas primera y
segunda para precisar su estado de envejecimiento cuando la sonda de
oxígeno lambda funciona a una temperatura comprendida entre
aproximadamente 650º y 800ºC.
Preferiblemente, se puede utilizar como
complemento una segunda sonda de oxígeno situada aguas arriba de la
trampa de óxidos de nitrógeno para suministrar una señal de
referencia con respecto a la cual se compara la evolución de la
señal suministrada por la primera sonda para suministrar dicha señal
significativa.
La o las sondas de oxígeno pueden ser escogidas
entre las sondas del tipo siguiente: sonda de oxígeno de tipo todo
o nada, sonda proporcional, captador de óxido de nitrógeno que se
utiliza en función de la medida de la concentración de oxígeno.
Las sondas primera y segunda pueden ser de tipo
diferente o idéntico.
El dispositivo puede comprender una segunda
sonda de oxígeno situada aguas arriba de la trampa de óxidos de
nitrógeno y unida a dichos medios de cálculo para suministrarles una
señal de referencia.
A continuación se va a ilustrar con la ayuda de
los ejemplos de realización que siguen, que se dan a título de
ilustración y que no limitan de forma alguna el objeto del
invento.
Se referirá a los dibujos anejos en los que: las
Figuras 1 y 2 muestran los resultados de medidas de ensayos en
función del tiempo a partir de la iniciación de una purga. Estas
curvas representan la tensión en los bornes de la sonda en función
del tiempo.
- la figura 1 es un gráfico que muestra una
curva representativa de la señal de la sonda de oxígeno situada
aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno, para una sonda
lambda que funciona a una temperatura de aproximadamente 650º y
800ºC, obtenido por el procedimiento de la solicitud FR
2.843.044,
- la figura 2 es un gráfico que muestra una
curva representativa de la señal de la sonda de oxígeno situada
aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno, para una sonda
lambda que funciona a una temperatura de entre aproximadamente
400º-500ºC según el invento,
- las figuras 3A y 3B representan el
comportamiento de la sonda de oxígeno en función de la temperatura
del captador y de la composición química de los gases de escape,
siendo ella misma función del envejecimiento de la trampa de óxidos
de nitrógeno, estando dicha sonda dispuesta aguas abajo de una
trampa de óxidos de nitrógeno, permitiendo este estudio de
comportamiento hacer el diagnóstico de su estado de envejecimiento,
a temperatura alta (figura 3A) y a baja temperatura (figura 3B).
Los elementos del motor atravesados por los
gases son, por ejemplo, sucesivamente según el sentido de
circulación de los gases:
- -
- la entrada de aire, procedente del filtro de aire,
- -
- la parte de aspiración de un turbocompresor,
- -
- el colector de admisión,
- -
- la parte alta del cilindro equipada con un inyector,
- -
- los tubos de escape y la parte de escape del turbocompresor,
- -
- la trampa de óxidos de nitrógeno, la línea de escape, equipada con un filtro de partículas.
Una primera sonda de oxígeno está montada aguas
abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno, y una segunda sonda de
oxígeno está montada aguas arriba de la trampa de óxidos de
nitrógeno, estando las dos sondas unidas a una unida de cálculo,
estando ella misma unida a una unidad de pilotaje del motor.
Las sondas son, por ejemplo, sondas de oxígeno
todo o nada.
En la figura 1, la curva se obtiene con una
trampa de óxidos de nitrógeno nueva y estabilizada.
El procedimiento anterior, que funciona a una
temperatura normal de utilización (temperatura alta), permite al
conjunto de los reductores reaccionar con el oxígeno presente en el
electrodo de la sonda (platina).
Esto provoca una reducción de la presión parcial
de oxígeno, y por lo tanto un aumento de la fuerza electromotriz de
la sonda. La señal del captador tiende entonces a aumentar para
alcanzar un nivel de saturación 1, puesto que la riqueza (relación
reductores/oxidantes) es suficiente (primera plataforma 1).
Esta primera plataforma 1 corresponde al aumento
de la riqueza (relación reductores/oxidantes) necesaria para la
reducción de los óxidos de nitrógeno en la trampa de óxidos de
nitrógeno. Aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno se
encuentra principalmente metano.
El segundo salto 2 interviene puesto que los
reductores aguas arriba de la trampa de óxidos de nitrógeno son
menos utilizados para la reducción de los óxidos de nitrógeno
adsorbidos en la trampa de óxidos de nitrógeno y debido a la
formación de hidrógeno en el seno de la trampa al final de la
purga.
Este segundo aumento de la concentración de
reductores, de los que el hidrógeno, aguas abajo de la trampa
corresponde al final de la purga, se traduce en una variación de la
señal eléctrica del captador.
En la figura 2, las líneas 4 a 8 se han obtenido
respectivamente para las temperaturas de la sonda lambda de 400º,
500º, 600º, 700º, y 800ºC.
Se puede ver que para un mismo estado de
envejecimiento de la trampa de óxidos de nitrógeno, pero con una
temperatura baja de funcionamiento del motor (líneas 4 y 5), las
reacciones catalíticas en el electrodo de la sonda son
limitadas.
Para temperaturas bajas (líneas 4 y 5), la
plataforma primera 20 observada a alta temperatura (líneas 6, 7, 8)
ya no existe. Los reductores, tales como el metano, presentes no
reaccionan con los oxidantes. Esto provoca entonces una señal
débil.
A lo largo del tratamiento de los óxidos de
nitrógeno almacenados en la trampa de óxidos de nitrógeno, la señal
eléctrica de la sonda aumenta 30 para alcanzar los niveles 31 de
tensiones equivalentes al segundo balanceo 2, cuando la temperatura
de la sonda lambda es elevada. Este simple balanceo 30 de la señal
de la sonda observada a baja temperatura es en efecto equivalente
al segundo balaceo 2 obtenido a alta temperatura. Coincide en el
final de la purga y, por lo tanto, a un aumento de la cantidad de
los reductores (hidrógeno, CO e hidrocarburos) aguas abajo de las
trampas de óxidos de nitrógeno.
Para optimizar la detección del final de la
purga, el umbral S1 puede ser definido en función de la temperatura
del captador, puesto que la disminución de la tensión máxima de la
sonda es función del aumento de la temperatura del captador.
Tal procedimiento de detección del final de la
purga puede utilizarse solo o en combinación con el procedimiento
de gestión según el documento FR 2.843.044.
Cuando la temperatura del captador durante la
purga es baja es preferible volver a aumentarla desde el final de
la purga con el fin de obtener una temperatura de funcionamiento
normal del captador y de evitar su ensuciamiento por hollines y/o
su contaminación por residuos.
En las figuras 3A y 3B, en ordenadas, la escala
izquierda representa la tensión en los bornes de la sonda lambda, y
la escala derecha el valor de la señal de riqueza suministrada por
una sonda proporcional.
Las figuras 3A y 3B se han obtenido
respectivamente para temperaturas de sonda lambda aguas abajo de
700ºC y 400ºC.
En las figuras 3A y 3B las líneas 9a y 9b
representan respectivamente la señal suministrada por una sonda de
oxígeno colocada aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno,
nueva y estabilizada, obtenida para una temperatura alta y una baja
del captador (sonda lambda).
Las líneas 10a y 10b representan respectivamente
la señal suministrada por una sonda de oxígeno situada aguas abajo
de la trampa de óxidos de nitrógeno, envejecida, obtenido para una
temperatura alta y una temperatura baja de la sonda lambda.
Las líneas 11a y 11b representan respectivamente
la señal suministrada por una sonda de oxígeno situada aguas abajo
de la trampa de óxidos de nitrógeno, degradada, obtenida a
temperatura alta y temperatura baja de la sonda lambda.
Las líneas 12a y 12b representan respectivamente
la señal suministrada por una sonda de oxígeno situada aguas arriba
de la trampa de óxidos de nitrógeno, obtenida para una temperatura
normal de funcionamiento de la sonda.
Las líneas 13a y 13b representan respectivamente
la señal suministrada por una sonda proporcional situada aguas
arriba de la trampa de óxidos de nitrógeno, sin corriente de bombeo,
obtenida para una temperatura normal de funcionamiento de la
sonda.
Las líneas 14a y 14b representan respectivamente
la señal de riqueza suministrada por una sonda proporcional situada
aguas arriba de la trampa de óxidos de nitrógeno, obtenida para una
temperatura normal de funcionamiento.
De estas línea se puede observar que la
evolución del comportamiento de la sonda de baja temperatura y de
alta temperatura puede permitir un diagnóstico de la trampa de
óxidos de nitrógeno que consiste en poner en evidencia su estado de
envejecimiento.
Con el fin de optimizar este diagnóstico es
posible integrar la señal eléctrica medida entre el instante en el
que se inicia la purga hasta el instante correspondiente al final de
la purga, es decir hasta el nivel del segundo balanceo para
temperaturas elevadas, o bien de un nivel de tensión predefinido
para temperaturas bajas.
A temperatura baja como a temperatura alta la
integración matemática de la señal es preferiblemente superior a un
valor predeterminado (todavía denominado umbral S2) para constatar
el buen funcionamiento de la trampa de óxido de nitrógeno.
Esta comparación del valor de integración se
realiza en un punto conocido de funcionamiento del motor, tal como
por ejemplo durante una fase de purga con una riqueza del motor de
aproximadamente 1,05.
Según otra variante para realizar el diagnóstico
de la trampa de óxidos de nitrógeno es posible medir el tiempo
necesario para alcanzar el segundo salto a alta temperatura o el
umbral predeterminado a baja temperatura tomando como referencia el
instante que corresponde al enriquecimiento de los gases de escape
que indican el comienzo de la purga.
Este tiempo medido corresponde en realidad al
tiempo necesario para purgar los óxidos de nitrógeno de la
trampa.
En estas medidas parece claramente que este
tiempo de purga disminuye tanto más cuanto la trampa de óxido de
nitrógeno ha envejecido.
El diagnóstico del estado de envejecimiento de
la trampa de óxidos de nitrógeno se realiza por lo tanto comparando
este tiempo medido con un valor predefinido.
Si este tiempo medido en condiciones de
funcionamiento de motor definidas, tales como las de la riqueza del
motor, llega a ser inferior al umbral predefinido, entonces es
posible diagnosticar la trampa de óxidos de nitrógeno como que
falla.
Según una última variante, este diagnóstico
puede efectuarse con respecto a una segunda sonda de la misma
naturaleza que la que efectúa las medidas (sonda de oxígeno) o de
naturaleza diferente (sonda de "riqueza" amperométrica o
captador de "óxidos de nitrógeno" amperométrico).
Para los captadores amperométricos es posible
utilizar bien la señal "riqueza" entregada, bien la señal de
la célula de referencia imponiendo una corriente de bombeo nula para
disponer de una sonda de oxígeno de tipo todo o nada.
Esta segunda sonda, situada entonces aguas
arriba de la trampa de óxidos de nitrógeno, se utiliza como
referencia.
Si la diferencia de comportamiento entre estas
sondas aguas arriba y aguas abajo se hace demasiado débil, entonces
es posible diagnosticar un mal funcionamiento de la trampa de óxidos
de nitrógeno.
La trampa se diagnosticará como que falla cuando
la diferencia de comportamiento es inferior a un umbral
predefinido.
El dispositivo destinado a aplicar el
procedimiento del invento funciona de la forma siguiente.
Se regula, o bien se pilota, la temperatura de
la sonda de oxígeno con la tensión de calentamiento para obtener
una temperatura baja (alrededor de 400º-500ºC) con el fin de evitar
la reacciones catalíticas del metano principalmente durante la fase
útil de la purga de los óxidos de nitrógeno.
De esta forma se facilita el diagnóstico de la
trampa de óxidos de nitrógeno y la detección del final de la purga.
Son menos sensibles a la evolución del comportamiento del captador
debido a su envejecimiento, y también menos sensibles a las
formulaciones catalíticas.
Para temperaturas elevadas se puede proceder de
la misma forma.
Claims (9)
1. Procedimiento para gestionar el
funcionamiento de una trampa de óxidos de nitrógeno, y para
diagnosticar su estado de envejecimiento para un motor de
combustión interna que funciona con mezcla pobre, según el cual se
ordena periódicamente una purga de dicha trampa de óxidos de
nitrógeno que consiste en disponer una primera sonda de oxígeno en
el conducto de escape aguas abajo de la trampa de óxidos de
nitrógeno, y en observar la evolución de una señal significativa
representativa de la señal suministrada por esta sonda,
caracterizada porque un único aumento sensible de esta señal
representativa hacia un valor umbral S1 que se cuenta desde el
comienzo de la purga de la trampa de óxidos de nitrógeno, obtenida a
continuación de una variación consecutiva a un paso del motor a un
funcionamiento con mezcla pobre a un funcionamiento con mezcla rica,
utilizándose como indicador para ordenar el fin de la purga, y
porque la integración de la señal significativa entre el instante
de comienzo de la purga y el instante de final de la purga, y además
la comparación del valor de integración en un valor umbral S2, o
bien la medida del tiempo transcurrido para alcanzar el umbral S1
con respecto al instante de comienzo de la purga se utilizan para
diagnosticar su estado de envejecimiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la gestión del funcionamiento se efectúa
cuando la sonda de oxígeno lambda funciona a una temperatura
comprendida entre 400º y 500ºC.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el diagnóstico se efectúa cuando la
sonda de oxígeno lambda funciona a una temperatura que va de
aproximadamente 400º a 500ºC, o bien de aproximadamente 650º a
800ºC.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque antes o después de la observación de la
única señal, una nueva señal que comprende un nuevo aumento
sensible que forma una segunda plataforma a partir de una primera
plataforma de nivel sensiblemente constante, obtenida a continuación
de una variación como consecuencia a un paso del motor de un
funcionamiento con mezcla pobre a un funcionamiento con mezcla rica,
se utiliza como indicador complementario para ordenar el final de
la purga cuando la sonda de oxígeno lambda funciona a una
temperatura comprendida entre aproximadamente 650º y 800ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la medida del tiempo transcurrido entre
las plataformas primera y segunda se utiliza para precisar su
estado de envejecimiento cuando la sonda de oxígeno lambda funciona
a una temperatura comprendida entre aproximadamente 650º y
800ºC.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se utiliza como complemento una segunda
sonda de oxígeno, situada aguas arriba de la trampa de óxidos de
nitrógeno, para suministrar una señal de referencia con respecto a
la cual se compara la evolución de la señal suministrada por la
primera sonda para suministrar dicha señal significativa.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 6, caracterizado porque la o las sondas
de oxígeno se escogen entre las sondas del tipo siguiente: sonda de
oxígeno de tipo todo o nada, sonda proporcional, captador de óxido
de nitrógeno del que se utiliza la función de medida de la
concentración de oxígeno.
8. Dispositivo de gestión del funcionamiento de
una trampa de óxidos de nitrógeno y de diagnóstico de su estado de
envejecimiento para un motor de combustión interna que funciona con
mezcla pobre, para la aplicación del procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, estando el motor equipado con una línea
de escape provista de una trampa de óxidos de nitrógeno,
caracterizado porque tiene una sonda de oxígeno situada en
la línea de escape aguas abajo de la trampa de óxidos de nitrógeno,
y medios de cálculo para determinar el único aumento sensible de
una señal significativa representativa de la señal suministrada por
dicha sonda a partir del comienzo de la purga, obteniéndose dicha
señal a continuación del inicio de una operación de purga, para
servirse de ella como indicador del final de la purga, y para
determinar el estado de envejecimiento de la trampa de óxidos de
nitrógeno.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque tiene una segunda sonda de oxígeno
situada aguas arriba de la trampa de óxidos de nitrógeno y unida a
dichos medios de cálculo para suministrarles una señal de
referencia.
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