ES2590704T3 - Procedimiento de adaptación de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de óxidos de nitrógeno - Google Patents

Procedimiento de adaptación de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de óxidos de nitrógeno Download PDF

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Abstract

Procedimiento de adaptación de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de óxidos de nitrógeno a bordo de un vehículo, comprendiendo el vehículo un motor y un depósito de agente reductor de óxidos de nitrógeno, caracterizado por que el procedimiento comprende: - la estimación de una distancia restante que haya que recorrer por el vehículo antes de que el depósito de agente reductor esté vacío en función del histórico del consumo de agente reductor (34), - la comparación de la estimación de la distancia restante con una distancia predeterminada, representativa de un objetivo (53) de durabilidad entre dos llenados de depósito de agente reductor de óxidos de nitrógeno, - la regulación de aire (38) y de carburante (39) inyectados en el motor en función de la comparación, - la regulación de la inyección de agente reductor en función de la regulación de aire y de carburante con → por una parte, una disminución de consumo de carburante en detrimento del consumo de agente reductor cando las perspectivas de consumo de agente reductor muestren que es posible un consumo mayor, y → por otra, una disminución de consumo de agente reductor en detrimento del consumo de carburante cuando las perspectivas de consumo de agente reductor muestren que se desee un consumo menor, de modo que el vehículo llegue al objetivo (53) de durabilidad entre dos llenados del depósito de agente reductor.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de adaptacion de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de oxidos de nitrogeno
La presente invencion reivindica la prioridad de la solicitud francesa 1054964 depositada el 22 de junio de 2010 cuyo contenido (texto, dibujos y reivindicaciones) se incorpora aqu como referencia.
La invencion se refiere a un procedimiento de adaptacion de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de oxidos de nitrogeno a bordo de un vetftculo.
Los niveles de contaminantes emitidos por los vetftculos estan sujetos a reglamentacion. Entre estos contaminantes los oxidos de nitrogeno NOx estan particularmente reglamentados. La tabla de la figura 1 presenta normas de emision de NOx. Las normas de emision de oxidos de nitrogeno por un vetftculo son cada vez mas exigentes. Asf, la norma €6 impone un nivel de NOx ftmite de 0,08 g/km en un recorrido homologado de referencia.
Como representa la figura 2, los oxidos de nitrogeno 10 son generados por la combustion 13 en el seno de la camara de combustion del motor. Los niveles de emision de oxidos de nitrogeno 10 son funcion de la regulacion aplicada sobre el bucle de aire 11 y el bucle de carburante 12.
Para disminuir el nivel de emisiones de oxidos de nitrogeno, estos ultimos pueden ser tratados a la salida del motor a traves de los sistemas de post-tratamiento. La cantidad de oxidos de nitrogeno emitidos por un vetftculo es por tanto igual a la cantidad de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente, es decir a la salida del motor, menos la cantidad de oxidos de nitrogeno tratada por el sistema de post-tratamiento. Por ejemplo, el sistema de post- tratamiento de los gases de escape del motor puede comprender una reduccion catalftica selectiva (SCR, de Selective Catalyst Reduction en ingles) con la ayuda de un agente reductor que proviene de un deposito de agente reductor. El agente reductor puede ser urea.
La figura 3 presenta el nivel de consumo de carburante en funcion del nivel de oxidos de nitrogeno que haya que tratar en la fuente en un punto de funcionamiento del motor. Este balance NOx/consumo depende de la regulacion de aire y de carburante. Para una cierta regulacion de aire y de carburante, se puede aumentar en efecto la cantidad de NOx, pero disminuir el consumo de carburante y viceversa.
Un ejemplo de sistema de post-tratamiento que utiliza la reduccion catalftica selectiva esta presentado en la figura 4. En la etapa 20, tiene lugar una formacion de oxidos de nitrogeno en la camara de combustion del motor. En la etapa 21 los oxidos de nitrogeno son encaminados hacia conductos. En la etapa 22, se inyecta en el conducto un agente reductor tal como la urea. En la etapa 23, los oxidos de nitrogeno son sometidos a un post-tratamiento por reduccion catalftica selectiva o SCR. En la etapa 24, los gases de escape son evacuados con un nivel de oxidos de nitrogeno disminuido despues de reduccion por la reduccion catalftica selectiva.
El sistema de reduccion catalftica selectiva funciona gracias a la inyeccion de agente reductor aguas arriba de la reduccion catalftica selectiva. El agente reductor permite la reduccion de los oxidos de nitrogeno por la reduccion catalftica selectiva. La figura 5 presenta el consumo de agente reductor (en este caso urea) en funcion del nivel de oxidos de nitrogeno que haya que tratar. Se observa que cuanto mayor es el nivel de oxidos de nitrogeno que haya que tratar, mayor es la cantidad de urea que hay que inyectar. Asf pues, los niveles de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente por la combustion del motor pueden ser tratados dentro de un cierto ftmite, que depende del dimensionamiento del deposito de agente reductor.
Para un dimensionamiento del deposito de agente reductor dado, es por tanto posible tratar los oxidos de nitrogeno durante una cierta duracion de funcionamiento del motor. Cuando el deposito de agente reductor este vado, el sistema SCR no es capaz de tratar los oxidos de nitrogeno. Los niveles de emisiones de oxidos de nitrogeno exigidos por la norma no pueden ser respetados.
En este caso concreto, el controlador del motor no permite el funcionamiento del motor. El veldculo queda entonces inmovilizado, sin posibilidad de poder rearrancar a fin de respetar el requisito reglamentario sobre la emision de oxidos de nitrogeno.
Se busca un procedimiento de gestion del agente reductor que permita optimizar el consumo de carburante y el consumo de agente reductor.
Los documentos EP 2 017 442, US2006184307, US2008098726, WO09001195, FR2929644, FR2903728, y FR2930282 presentan procedimientos de gestion del agente reductor. Ninguno de estos documentos presenta un procedimiento que permita gestionar el consumo de agente reductor y el consumo de carburante.
Hay por tanto una necesidad de una gestion mas eficaz del consumo de carburante y del consumo de agente reductor.
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Para esto, la invencion propone un procedimiento de adaptacion de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de oxidos de nitrogeno a bordo de un vehnculo, comprendiendo el vehnculo un motor y un deposito de agente reductor de oxidos de nitrogeno, comprendiendo el procedimiento la estimacion de una distancia restante que haya que recorrer por el vehnculo antes de que el deposito de agente reductor quede vado en funcion del historico del consumo de agente reductor, la comparacion de la estimacion de la distancia restante con una distancia predeterminada, la regulacion de aire y de carburante inyectados en el motor en funcion de la comparacion, la regulacion de la inyeccion de agente reductor en funcion de la regulacion de aire y de carburante inyectados, de acuerdo con la reivindicacion 1.
Por modificacion de las regulaciones, se entiende una modificacion de las cantidades de aire y/o de carburante y/o una modificacion del momento y del modo de inyectar.
De acuerdo con una variante, la regulacion de aire y de carburante es tal que la distancia restante para el vehnculo sea igual a la distancia predeterminada.
De acuerdo con una variante, si la estimacion de la distancia restante es superior a la distancia predeterminada, las regulaciones de aire y de carburante son ajustadas de modo que disminuya la cantidad de carburante inyectado.
De acuerdo con una variante, si la estimacion de la distancia restante es inferior a la distancia predeterminada, las regulaciones de aire y de carburante son ajustadas de modo que aumente la cantidad de carburante inyectado.
De acuerdo con una variante, se activa una senal de alerta si el nivel del deposito de agente reductor es inferior a un valor umbral predeterminado.
De acuerdo con una variante, el motor del vehnculo es puesto fuera de funcionamiento si el nivel del deposito de agente reductor es nulo.
De acuerdo con una variante, el agente reductor es urea.
De acuerdo con una variante, la estimacion de la distancia restante que haya que recorrer es efectuada a intervalo de tiempo regular o a intervalo de distancia recorrida regular.
De acuerdo con una variante, la regulacion de aire y de carburante inyectados en el motor es tambien funcion de la llegada a un umbral de nivel de agente reductor en el deposito de agente predeterminado.
La invencion se refiere tambien a un vehnculo que comprenda un motor y un deposito de agente reductor de oxidos de nitrogeno, caracterizado por que el vehnculo esta especialmente concebido para la puesta en practica del procedimiento anteriormente descrito.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto en la lectura de la descripcion detallada que sigue de los modos de realizacion de la invencion, dados unicamente a tttulo de ejemplo y refiriendose a los dibujos, que muestran:
figura 1, la indicacion de los niveles de NOx lfmites de acuerdo con las normas aplicables;
figuras 2 y 4, un esquema relativo a la produccion de NOx en un motor;
figura 3, el consumo de carburante en funcion del nivel de NOx, en la fuente;
figura 5, la cantidad de agente reductor inyectada en funcion del nivel de NOx en la fuente 6,
figura 6, un sistema de alerta relativo a la cantidad de agente reductor disponible;
figura 7, un esquema del procedimiento de acuerdo con la invencion;
figuras 8 a 13 y 14 a 18, curvas de adaptacion de la regulaciones del motor en dos ejemplos de rodaje del vehnculo.
La invencion se refiere a un procedimiento de adaptacion de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de oxidos de nitrogeno a bordo de un vehnculo. De modo mas particular, el procedimiento de la invencion tiene por objeto modificar el nivel de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente en funcion del consumo de agente reductor. El procedimiento comprende la estimacion de una distancia restante que haya que recorrer por el vehnculo antes de que el deposito de agente reductor quede vacfo en funcion del historico del consumo de agente reductor, la comparacion de la estimacion de la distancia restante con una distancia predeterminada, la regulacion de aire y de carburante inyectados en el motor en funcion de la comparacion, la regulacion de la inyeccion de agente reductor en funcion de la regulacion de aire y de carburante inyectados, regulacion de la cantidad de aire y de la cantidad de carburante inyectados.
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El procedimiento comprende por tanto la adaptacion de las regulaciones del motor a las informaciones de consumo de agente reductor y la adaptacion de la cantidad de agente reductor inyectada a estas nuevas regulaciones del motor. La figura 7 permite comprender mejor el objeto de la invencion.
Una regulacion de aire estandar 30, y una regulacion de carburante estandar 31 permiten una combustion 32 en la camara del motor. La combustion 32 provoca emisiones de oxidos de nitrogeno 33 de un cierto nivel.
A partir de las informaciones de consumo de agente reductor 34, es decir del historico del consumo de agente reductor, y de las informaciones de nivel de agente reductor 35, se procede a la verificacion 36 del consumo de agente reductor y del nivel de agente reductor en el deposito. Dicho de otro modo, se verifica si el consumo de agente reductor y el nivel de agente reductor en el deposito permiten alcanzar un objetivo de durabilidad entre dos llenados del deposito de agente reductor. El historico del consumo esta registrado en una memoria y permite volver a trazar la evolucion de la utilizacion del agente reductor en funcion de la utilizacion del vefnculo por el usuario.
A continuacion, las regulaciones de aire y de carburante son adaptadas si es necesario. En otras palabras, las regulaciones de aire y de carburante en el motor son adaptadas en funcion de la verificacion precedente. Estas regulaciones son puestas en practica por intermedio de un control 37 del motor.
Asf, una regulacion de aire optimizada 38 y una regulacion de carburante optimizada 39 permiten una combustion 40. La combustion 40 provoca emisiones de oxidos de nitrogeno modificadas 41, es decir un nivel diferente de aquel de las emisiones iniciales 33. La emision diferente de oxidos de nitrogeno implica una modificacion de la inyeccion de agente reductor y por tanto una modificacion del consumo futuro de agente.
La cantidad de NOx emitida en la camara de combustion puede ser detectada por un sensor situado a la salida de la camara de combustion y/o al final de la lmea de escape. Es posible tambien determinar la cantidad de NOx emitida en la camara de combustion gracias a cartograffas registradas en el calculador del motor. Estas cartograffas tienen en cuenta la regulacion del motor y especialmente el par disponible, el regimen, la cantidad de aire y de carburante inyectada, el momento de inyeccion, la presion de inyeccion, y eventualmente otros parametros como por ejemplo las condiciones de temperaturas y de presion.
Las informaciones de consumo de agente reductor 34 y las informaciones de nivel de agente reductor 35 dependen del perfil de rodaje del vefnculo. En efecto, el nivel de oxidos de nitrogeno 33 emitidos en la fuente depende del tipo de regulacion del usuario, es decir de los puntos de funcionamiento regimen-carga del usuario (pudiendo ser reemplazado el termino carga por par). Ahora bien, el consumo de agente reductor es funcion del nivel de oxidos de nitrogeno 33 emitidos en la fuente. La cantidad de agente reductor que haya que inyectar para tratar los oxidos de nitrogeno depende por tanto del tipo de rodaje. La evolucion del nivel de agente reductor depende por tanto del perfil de rodaje.
Asf pues, el procedimiento de la invencion permite adaptar las regulaciones del motor en funcion del perfil de rodaje del usuario. Asf, el procedimiento permite ofrecer al usuario un intervalo de llenado de agente reductor alargado en el caso de un perfil de rodaje severo, es decir en regfmenes altos / cargas altas. Alternativamente, el procedimiento permite una mejora de ciertas prestaciones (por ejemplo del consumo de carburante) en el caso de un perfil favorable, es decir que presente regfmenes bajos y cargas pequenas.
La figura 8 presenta un primer ejemplo de perfil de rodaje A. El regimen esta presentado en abscisas, el par esta presentado en ordenadas, y los niveles de emisiones de oxidos de nitrogeno correspondientes a un par regimen-par estan representados por lmeas de nivel. Los niveles de emisiones de oxidos de nitrogeno estan expresados en g/h. Los puntos 50 representan los puntos de funcionamiento tipo del rodaje del usuario. Se observa que los puntos de funcionamiento 50 estan reunidos en la parte baja del grafico, en la zona 51 (parte rayada). El usuario tiene por tanto un perfil de rodaje poco severo, es decir con regfmenes bajos y pares bajos.
El calculo del consumo de agente reductor y de la evolucion del nivel de agente reductor en el deposito permite obtener una proyeccion sobre el kilometraje maximo realizable por el usuario antes de la necesidad de un llenado del deposito de agente reductor. La figura 9 representa la proyeccion del nivel de agente reductor 52. La recta 54 representa el umbral de nivel bajo del deposito de agente reductor. La proyeccion de nivel de agente reductor 52 indica una distancia superior al objetivo 53 de durabilidad entre dos llenados. En esta situacion, el ahorro es en consumo de agente reductor.
De acuerdo con las figuras 10 y 11, el procedimiento implicara una disminucion del consumo de carburante. Se procede a una modificacion de la regulacion de aire 55 y de carburante 56 inyectados en el motor a fin de disminuir el consumo de carburante. Esto tiene como consecuencia el paso de un nivel nominal 57 de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente a un nivel 58 mas elevado. El aumento del nivel de NOx en la fuente implica que la cantidad de agente reductor inyectada aumente.
La figura 12 muestra el paso de un nivel 59 de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente a un nivel 60 mas elevado. El consumo de agente reductor es ajustado sobre la nueva regulacion para compensar el aumento del nivel de NOx en la fuente. Asf, el procedimiento permite la disminucion del consumo de carburante en detrimento del consumo de
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agente reductor que aumenta (las perspectivas de consumo de agente reductor muestran que es posible un mayor consumo).
De acuerdo con la figura 13, sobre la misma regulacion A, resulta una nueva evolucion del nivel de agente reductor. De la curva 52 inicial de perspectiva de consumo de agente reductor, el aumento del consumo de agente reductor permite obtener una nueva proyeccion del nivel de urea segun la recta 61 que apunta al objetivo 53 de durabilidad entre dos llenados.
La figura 14 presenta un segundo ejemplo de perfil de rodaje B. El regimen esta presentado en abscisas, el par esta presentado en ordenadas, y los niveles de emisiones de oxidos de nitrogeno correspondientes a un par regimen-par estan representados por lmeas de nivel. Los niveles de emisiones de oxidos de nitrogeno estan expresados en g/h. Los puntos 62 representan los puntos de funcionamiento tipo del rodaje del usuario. Se observa que los puntos de funcionamiento 62 estan repartidos en el grafico. El usuario tiene por tanto un perfil de rodaje mas severo, es decir con regfmenes altos y pares altos.
El calculo del consumo de agente reductor y de la evolucion del nivel de agente reductor en el deposito permite obtener una proyeccion sobre el kilometraje maximo realizable por el usuario antes de la necesidad de un llenado del deposito de agente reductor. La figura 15 representa la proyeccion del nivel de agente reductor 63. La recta 54 representa de nuevo el umbral bajo del deposito de agente reductor. La proyeccion de nivel de agente reductor 63 indica una distancia inferior al objetivo 53 de durabilidad entre dos llenados. En esta situacion, el ahorro es esencialmente en consumo de carburante.
De acuerdo con la figura 16, el procedimiento implicara un aumento del consumo de carburante. Se procede a una modificacion de la regulacion de aire y de carburante inyectados en el motor, siendo la cantidad de carburante inyectada mayor. Esto tiene como consecuencia el paso de un nivel nominal 64 de oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente a un nivel 65 menos elevado. La disminucion del nivel de NOx en la fuente implica que la cantidad de agente reductor inyectada ha disminuido.
La figura 17 muestra el paso de un nivel 66 oxidos de nitrogeno emitidos en la fuente a un nivel 67 menos elevado. El consumo de agente reductor es ajustado sobre la nueva regulacion para compensar la disminucion del nivel de NOx en la fuente. Asf, el procedimiento permite la disminucion del consumo de agente reductor en detrimento del consumo de carburante que aumenta (las perspectivas de consumo de agente reductor muestran que se desea un consumo menor).
De acuerdo con la figura 18, sobre el mismo rodaje B, resulta una nueva evolucion del nivel de agente reductor. De la curva 63 inicial de perspectiva de consumo de agente reductor, la disminucion del consumo de agente permite obtener una nueva proyeccion del nivel de urea segun la recta 68 que apunta al objetivo 53 de durabilidad entre dos llenados.
De manera general, la estimacion de la distancia restante que haya que recorrer es efectuada a intervalo de tiempo regular o a intervalo de distancia recorrida regular. A intervalo de tiempo o de distancia dado, la proyeccion de evolucion del nivel de agente reductor puede inducir una modificacion de la regulacion. Esto permite adaptar el consumo de urea y de carburante a medida de la utilizacion del vehnculo.
Igualmente, y como esta indicado en la figura 7, es posible tambien adaptar las regulaciones de aire y de carburante inyectados en el motor en funcion de la llegada a un umbral de nivel de agente reductor en el deposito de agente predeterminado (informaciones de nivel de agente reductor 35). Se trata por ejemplo de la llegada a un umbral de nivel bajo, lo que permite amentar la autonoirna del vefnculo en los ultimos kilometros antes de alcanzar el nivel cero del deposito de agente reductor.
La figura 6 presenta un ejemplo de sistema de alerta para advertir al usuario del vehnculo. A fin de evitar que el usuario se vea afectado por la inmovilizacion presentada anteriormente, el sistema de alerta-nivel bajo 27 permite advertirle cuando el nivel de agente reductor 28 en el deposito 25 de agente reductor pasa por debajo de un umbral bajo 26. El usuario esta entonces autorizado a recorrer un cierto kilometraje antes de que el vehnculo quede parado cuando el nivel de agente reductor 28 ha llegado a un nivel cero 29, es decir un nivel de agente reductor nulo. El usuario puede asegurar entonces el llenado de agente reductor en este intervalo de tiempo.
La invencion tiene como ventaja aumentar el numero de kilometros maximo que el usuario podra recorrer entre dos llenados de agente reductor o mejorar las prestaciones para el usuario, tales como el consumo de carburante.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de adaptacion de las regulaciones de un motor sobre el consumo de agente reductor de oxidos de nitrogeno a bordo de un vehnculo, comprendiendo el vehnculo un motor y un deposito de agente reductor de oxidos de nitrogeno, caracterizado por que el procedimiento comprende:
    - la estimacion de una distancia restante que haya que recorrer por el vehnculo antes de que el deposito de agente reductor este vado en funcion del historico del consumo de agente reductor (34),
    - la comparacion de la estimacion de la distancia restante con una distancia predeterminada, representativa de un objetivo (53) de durabilidad entre dos llenados de deposito de agente reductor de oxidos de nitrogeno,
    - la regulacion de aire (38) y de carburante (39) inyectados en el motor en funcion de la comparacion,
    - la regulacion de la inyeccion de agente reductor en funcion de la regulacion de aire y de carburante con ^ por una parte, una disminucion de consumo de carburante en detrimento del consumo de agente reductor cando las perspectivas de consumo de agente reductor muestren que es posible un consumo mayor, y ^ por otra, una disminucion de consumo de agente reductor en detrimento del consumo de carburante cuando las perspectivas de consumo de agente reductor muestren que se desee un consumo menor, de modo que el vehnculo llegue al objetivo (53) de durabilidad entre dos llenados del deposito de agente reductor.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizado por que la regulacion de aire y de carburante es tal que la distancia restante para el vehnculo sea igual a la distancia predeterminada.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizado por que si la estimacion de la distancia restante es superior a la distancia predeterminada, las regulaciones de aire y de carburante son ajustadas de modo que disminuya la cantidad de carburante inyectada.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, si la estimacion de la distancia restante es inferior a la distancia predeterminada, las regulaciones de aire y de carburante son ajustadas de modo que aumente la cantidad de carburante inyectado.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se activa una senal de alerta si el nivel del deposito de agente reductor es inferior a un valor umbral predeterminado.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el motor del vetnculo es puesto fuera de funcionamiento si el nivel de deposito de agente reductor es nulo.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el agente reductor es urea.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la estimacion de la distancia restante que haya que recorrer es efectuada a intervalo de tiempo regular o a intervalo de distancia recorrida regular.
  9. 9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la regulacion de aire y de carburante inyectados en el motor es tambien en funcion de la llegada a un umbral de nivel de agente reductor en el deposito de agente predeterminado.
  10. 10. Vehnculo que comprende un motor y un deposito de agente reductor de oxidos de nitrogeno, caracterizado por que el vehnculo esta especialmente concebido para la puesta en practica del procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
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