MX2015000575A - Metodos para controlar emisiones de oxido nitroso. - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas y métodos para controlar las emisiones de óxido nitroso. En un ejemplo particular, el óxido nitroso formado en el sistema de escape de un vehículo híbrido diésel es encaminado a través de un catalizador de oxidación calentado por una fuente externa tal como un calentador eléctrico. Luego, el catalizador se calienta desde la fuente externa para reducir la formación de óxido nitroso dentro del sistema de escape mediante el aumento de la temperatura del catalizador por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de óxido nitroso.

Description

MÉTODOS PARA CONTROLAR EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO CAMPO DE LA INVENCIÓN El área de la divulgación se refiere al control de emisiones de motores en sistemas de transmisión particulares híbridos diesel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las regulaciones federales sobre HC, CO y NOx han estado vigentes durante algún tiempo. Sólo recientemente, se ha propuesto una regulación sobre los denominados gases de efecto invernadero, en particular el CO2. El CO2 está directamente relacionado con la economía del combustible y la eficiencia del motor y no requiere ningún dispositivo adicional para la emisión. La regulación sobre el N2O, otro supuesto gas de efecto invernadero, que se ha propuesto recientemente, presenta nuevos problemas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los inventores de la presente han reconocido que el N20 se crea más probablemente en los sistemas de post-tratamiento del escape a baja temperatura de los motores diésel y los motores híbridos diésel, en particular. En dichos sistemas de post-tratamiento, se ubica un catalizador de oxidación o DOC en el escape del motor para oxidar HC y CO sobre una superficie catalítica que normalmente contiene metales preciosos tales como platino y paladio. Se ubica un catalizador metálico base para reducción selectiva o SCR (por sus siglas en ingles: selective reduction base metal catalyst), corriente abajo del DOC y se conecta a un sistema de inyección de amoníaco que utiliza un reductor en base a amoníaco tal como urea acuosa que se inyecta bajo ciertas condiciones de funcionamiento del motor para reducir químicamente los NOx con amoníaco.

Más específicamente, los inventores han reconocido que los HC del motor pueden reaccionar con NOx en el DOC para producir el N20 cuando el DOC está funcionando en una ventana de temperatura suficientemente elevada para que la reacción ocurra pero suficientemente baja de modo que no se oxiden todos los HC.

Si el combustible diesel se utiliza para calentar el DOC, entonces se puede producir incluso más N20 con los HC adicionales. Otra reacción de N20 puede ocurrir en el SCR mediante la reacción de amoníaco con NOx.

En un aspecto particular de la invención, los inventores han identificado el tema de la generación de N20 en un método donde los gases de escape del motor se encaminan a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos. La formación de N20 a partir del catalizador de oxidación se infiere a partir de uno o más de, temperatura del catalizador, relación de HC con NOx o relación de NO2 con NOx en los gases de escape del motor; y reducir la formación de N20 cuando el catalizador está funcionando dentro de una ventana de temperatura asociada con la formación de N20. En un aspecto adicional, la formación de N20 se reduce calentando el catalizador a partir de una fuente externa. De este modo, se logra el resultado téenico, y el catalizador se caliente preferiblemente mediante un calentador eléctrico y el calentamiento termina cuando la temperatura del catalizador se eleva por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20.

En otro aspecto más, la reducción de la formación de N20 comprende incrementar la relación efectiva de compresión del motor para reducir la formación de HC por el motor cuando la formación de N20 inferida excede un valor predeterminado. El aumento de la relación de compresión del motor comprende al menos uno de los siguientes: cambio de la regulación de tiempo de la válvula de admisión del motor, incremento de la presión de aire forzado hacia adentro del motor, o disminuir el volumen de las cámaras de combustión del motor.

En otro aspecto de la invención, el método incluye encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos; encaminar los gases de escape desde el catalizador de oxidación hacia un catalizador selectivo de reducción; agregar amoníaco al catalizador selectivo de reducción bajo condiciones predeterminadas para reducir NOx; inferir la formación de N20 a partir del catalizador de oxidación a partir de, temperatura del catalizador de oxidación, HC y NOx y N02 en los gases de escape del motor; inferir N20 del catalizador selectivo de reducción a partir de la temperatura del catalizador selectivo de reducción, la formación de N2O inferida a partir del catalizador de oxidación, y el amoníaco; y calentar el catalizador de oxidación a partir de una fuente externa para reducir el N20 del catalizador selectivo de reducción cuando la temperatura del catalizador de oxidación está por debajo de un rango predeterminado y el N20 del catalizador selectivo de reducción excede una cantidad preseleccionada. Preferiblemente, el N20 inferido a partir del catalizador de oxidación se infiere a partir de la temperatura del catalizador de oxidación y la relación de HC con NOx y la relación de NO2 con NOx en los gases de escape.

En otro aspecto más, la invención se aplica a un motor diésel híbrido. En este aspecto, el método divulgado comprende: encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos; encaminar los gases de escape desde el catalizador de oxidación hacia adentro de un catalizador selectivo de reducción; agregar amoníaco al catalizador selectivo de reducción bajo condiciones predeterminadas para reducir los NOx; inferir la formación de N20 a partir del catalizador de oxidación a partir de, temperatura del catalizador, relación de HC con NOx y N02 en los gases de escape del motor; inferir el N20 del catalizador selectivo de reducción a partir de la temperatura del catalizador selectivo de reducción, la formación de N20 inferida a partir del catalizador de oxidación, los NOx del motor diésel, y el amoníaco; calentar el catalizador de oxidación con un calentador eléctrico para reducir la formación de N20 a partir del catalizador de oxidación cuando la temperatura del catalizador de oxidación está por debajo de un rango predeterminado y el N20 inferido del catalizador selectivo de reducción excede una cantidad preseleccionada; y descontinuar el calentamiento eléctrico cuando la temperatura del catalizador de oxidación excede el rango predeterminado.

En un aspecto más específico, la salida de potencia del motor diésel se reduce cuando el N20 inferido del catalizador selectivo de reducción está por encima de un valor predeterminado. Además, el motor eléctrico se controla para proporcionar energía relacionada con la reducción de la potencia del motor diésel.

Las ventajas anteriores y otras ventajas, y las características de la presente descripción serán inmediatamente evidentes a partir de la siguiente Descripción Detallada, cuando se toma sola en con conexión con los dibujos acompañantes. Se deberá entender que el resumen anterior se brinda para introducir de una forma simplificada una selección de los conceptos que están más descritos en la descripción detallada. Esto no pretende identificar características claves o esenciales de la materia reivindicada, cuyo alcance se define únicamente mediante las reivindicaciones que siguen a la descripción detallada. Además, la materia reivindicada no se limita a las implementaciones que solucionan cualquiera de las desventajas indicadas anteriormente o en cualquier parte de esta divulgación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las ventajas descritas en la presente serán más completamente entendidas mediante la lectura de un ejemplo de una realización, referidas en la presente como la Descripción Detallada, cuando se toman solas o en combinación con referencia a los dibujos, donde: La FIG. 1 muestra un ejemplo de un sistema de propulsión de un vehículo híbrido; La FIG. 2 muestra un diagrama esquemático de un sistema de motor; La FIG. 3 muestra un ejemplo de un sistema de control de emisiones de acuerdo con la presente divulgación; La FIG. 4 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para monitorear independientemente N2O de un catalizador de oxidación y reducir la generación de N2O a partir del mismo; La FIG. 5 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para calentar un catalizador de oxidación para reducir la formación de N20 en el mismo; La FIG. 6 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para ajustar uno o más funcionamientos del motor para reducir la formación de N20 en el sistema de escape; La FIG. 7 muestra un diagrama de flujo de ejemplo que ilustra una modificación de ejemplo del funcionamiento del motor en respuesta a una condición del motor; La FIG. 8 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para reducir las emisiones de N20 en base a la generación de N20 en relación con un límite regulado; La FIG. 9 muestra además un gráfico de ejemplo que ilustra un rango predeterminado donde se hacen una o más modificaciones en el motor para reducir una formación de N20 en relación con el límite regulado; y La FIG. 10 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para manejar una penalidad por emisión de carbono durante el funcionamiento del vehículo en base a las emisiones de N20 inferidas a partir del mismo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los inventores han encontrado que lo más probable es que el N20 se cree en los sistemas de post-tratamiento de gas de escape a baja temperatura de los motores diesel y de los motores híbridos diésel, en particular. Así, por simplicidad, se describen en la presente los métodos para controlar la generación de N20 en un motor diésel híbrido de ejemplo. En particular, las FIGS. 1 y 2 ilustran un sistema de propulsión de un vehículo híbrido de ejemplo y un diagrama esquemático del motor, respectivamente. Luego, la FIG. 3 muestra un sistema de control de emisiones de ejemplo de acuerdo con la presente divulgación. Con respecto al control del sistema de emisiones, la FIG.4 muestra un diagrama de flujo de ejemplo para monitorear de manera independiente el N20 de un catalizador de oxidación y reducir la generación de N20 a partir del mismo, mientras que los diagramas de flujo de ejemplo de las FIGS. 5-7 ilustran diversos métodos para ajustar una o más operaciones del motor para reducir las emisiones de N20 dentro del sistema de escape. Dado que el N20 es un gas de efecto invernadero regulado, se incluyen las FIGS. 8-10 para ilustrar métodos de ejemplo para reducir las emisiones de N20 en base al límite regulado para evitar una penalidad por emisión de carbono.

Volviendo al motor diésel híbrido, la FIG. 1 ilustra un sistema de propulsión de vehículo de ejemplo 100. El sistema de propulsión de vehículo 100 incluye un motor para quemado de combustible 110 y una máquina 120. A modo de ejemplo no limitante, el motor 110 comprende un motor de combustión interna y una máquina 120 comprende una máquina eléctrica. La máquina 120 puede estar configurada para utilizar o consumir una fuente de energía diferente del motor 110. Por ejemplo, el motor 110 puede consumir combustible diesel (por ej., iso-octano) para producir una salida del motor mientras que la máquina 120 puede consumir energía eléctrica para producir una salida de la máquina. Así, un vehículo con sistema de propulsión 100 puede referirse como un vehículo híbrido eléctrico (HEV, por sus siglas en inglés: hybríd electric vehiclé).

El sistema de propulsión de vehículo 100 puede utilizar una variedad de modos de funcionamiento diferentes dependiendo de las condiciones de funcionamiento encontradas por el sistema de propulsión de vehículo. Algunos de estos modos pueden permitir que el motor 110 se mantenga en un estado apagado (por ej., configurado para un estado desactivado) donde se discontinúa la combustión de combustible en el motor. Por ejemplo, bajo condiciones de funcionamiento selectas, la máquina 120 puede propulsar el vehículo mediante una rueda de transmisión 122 como se indica mediante la flecha 124 mientras el motor 110 está desactivado.

Durante las condiciones de funcionamiento, el motor 110 puede estar configurado para un estado desactivado (como se describió anteriormente) mientras que la máquina 120 puede hacerse funcionar para cargar un dispositivo para almacenamiento de energía 150 tal como una batería. Por ejemplo, la máquina 120 puede recibir un torque de rueda desde la rueda de transmisión 122 como se indica mediante la flecha 124 donde la máquina puede convertir la energía cinética del vehículo en energía eléctrica para almacenamiento en el dispositivo para almacenamiento de energía 150 como se indica mediante la flecha 126. Esta operación puede referirse como frenado regenerativo del vehículo. Así, la máquina 120 puede proporcionar una función generadora en algunas realizaciones. No obstante, en otras realizaciones, un generador 160 puede en su lugar, recibir el torque de rueda desde la rueda de transmisión 122, donde el generador puede convertir la energía cinética del vehículo en energía eléctrica para almacenamiento en el dispositivo para almacenamiento de energía 150 como se indica mediante la flecha 162.

Durante otras condiciones más de funcionamiento, el motor 110 puede hacerse funcionar mediante la combustión del combustible recibido desde el sistema de combustible 140 como se indica mediante la flecha 142. Por ejemplo, el motor 110 puede hacerse funcionar para propulsar el vehículo mediante la rueda de transmisión 122 como se indica mediante la flecha 112 mientras que la máquina 120 está desactivada. Durante otras condiciones de funcionamiento, tanto el motor 110 como la máquina 120 pueden hacerse funcionar cada uno para propulsar el vehículo mediante la rueda de transmisión 122 como se indica mediante las flechas 112 y 124, respectivamente. Una configuración donde tanto el motor como la máquina pueden propulsar selectivamente el vehículo puede referirse como un sistema de propulsión de tipo paralelo de vehículo. Se hace notar que en algunas realizaciones, la máquina 120 puede propulsar el vehículo mediante un primer conjunto de ruedas de transmisión y el motor 110 puede propulsar el vehículo mediante un segundo conjunto de ruedas de transmisión.

En otras realizaciones, el sistema de propulsión de vehículo 100 puede estar configurado como un sistema de propulsión de vehículo del tipo en serie, mediante el cual el motor no propulsa directamente las ruedas de transmisión. Más bien, el motor 110 puede hacerse funcionar para energizar la máquina 120, la cual a su vez, propulsa el vehículo mediante la rueda de transmisión 122 como se indica mediante la flecha 124. Por ejemplo, durante las condiciones de funcionamiento selectas, el motor 110 puede accionar el generador 160, el cual a su vez, suministra energía electrica a una o más de las máquinas 120 como se indica mediante la flecha 114 o al dispositivo para almacenamiento de energía 150 como se indica mediante la flecha 162. Como otro ejemplo, el motor 110 puede hacerse funcionar para accionar la máquina 120 la cual a su vez, proporciona una función de generador para convertir la salida del motor en energía eléctrica, donde la energía eléctrica puede almacenarse en el dispositivo para almacenamiento de energía 150 para uso posterior por parte de la máquina.

Tal como se describirá con referencia al flujo de proceso de las FIGS.6 y 7, el sistema de propulsión de vehículo puede estar configurado para cambiar entre dos o más modos de funcionamiento descritos anteriormente, dependiendo de las condiciones de funcionamiento.

El sistema de combustible 140 puede incluir uno o más tanques para almacenamiento de combustible 144 para almacenar combustible a bordo del vehículo. Por ejemplo, el tanque para combustible 144 puede almacenar uno o más combustibles líquidos, incluyendo sin limitarse a: gasolina, diesel, y combustibles de alcohol. En algunos ejemplos, el combustible puede almacenarse a bordo del vehículo como una mezcla de dos o más combustibles diferentes. Por ejemplo, el tanque para combustible 144 puede estar configurado para almacenar una mezcla de gasolina y etanol (por ej., E10, E85, etc.) o una mezcla de gasolina y metanol (por ej., M10, M85, etc.), por medio del cual estos combustibles o mezclas de combustibles pueden ser entregados al motor 110 como se indica mediante la flecha 142. Otros combustibles adecuados o mezclas de combustibles más pueden suministrarse al motor 110, donde se deben hacer combustionar en el motor para producir una salida del motor. La salida del motor puede utilizarse para propulsar el vehículo como se indica mediante la flecha 112 o para recargar el dispositivo para almacenamiento de energía 150 mediante la máquina 120 o el generador 160.

En algunas realizaciones, el dispositivo para almacenamiento de energía 150 puede estar configurado para almacenar energía eléctrica que puede suministrarse a otras cargas eléctricas que residen a bordo del vehículo (distintas de la máquina), incluyendo la calefacción y el aire acondicionado de la cabina, arranque del motor, focos delanteros, sistemas de audio y video de la cabina, etc. Como ejemplo no limitante, el dispositivo para almacenamiento de energía 150 puede incluir una o más baterías y/o capacitores.

El sistema de control 180 puede comunicarse con uno o más de un motor 110, máquina 120, sistema de combustible 140, dispositivo para almacenamiento de energía 150, y generador 160. Como se describe en la presente, el sistema de control 180 puede recibir alimentación de retroalimentación sensorial desde uno o más de un motor 110, máquina 120, sistema de combustible 140, dispositivo para almacenamiento de energía 150, y generador 160. Además, el sistema de control 180 puede enviar señales de control a uno o más de un motor 110, máquina 120, sistema de combustible 140, dispositivo para almacenamiento de energía 150, y generador 160 que responden a esta retroalimentación sensorial. El sistema de control 180 puede recibir una indicación de una salida requerida por un operador del sistema de propulsión de vehículo desde un operador del vehículo 132. Por ejemplo, el sistema de control 180 puede recibir retroalimentación sensorial desde un sensor de posición del pedal 134 el cual se comunica con el dispositivo de entrada 130. En este ejemplo, el dispositivo de entrada 130 incluye un pedal acelerador y un sensor de posición del pedal 134 para generar una señal de posición proporcional del pedal PP. El pedal 130 puede referirse esquemáticamente a un pedal acelerador y/o a un pedal de freno.

El dispositivo para almacenamiento de energía 150 puede recibir periódicamente energía electrica desde una fuente de energía 152 que reside externamente al vehículo (por ej., no es parte del vehículo) como se indica mediante la flecha 156. Como un ejemplo no limitante, el sistema de propulsión del vehículo 100 puede configurarse como un vehículo eléctrico híbrido (HEV, por sus siglas en inglés: hybrid electríc vehicle ) enchufable plug-in ), por medio del cual la energía eléctrica puede suministrarse al dispositivo para almacenamiento de energía 150 desde una fuente de energía 152 mediante un cable para transmisión de energía eléctrica 154. Durante una operación de recarga del dispositivo para almacenamiento de energía 150 desde una fuente de energía 152, el cable para transmisión eléctrica 154 se puede acoplar eléctricamente al dispositivo para almacenamiento de energía 150 y a la fuente de energía 152. Mientras que el sistema de propulsión del vehículo funciona para propulsar el vehículo, el cable para transmisión eléctrica 154 puede desconectarse entre la fuente de energía 152 y el dispositivo para almacenamiento de energía 150. El sistema de control 180 puede identificar y/o controlar la cantidad de energía eléctrica almacenada en el dispositivo para almacenamiento de energía, la cual puede referirse como el estado de carga.

En otras realizaciones, el cable para transmisión eléctrica 154 puede omitirse, donde la energía eléctrica puede recibirse de manera inalámbrica en el dispositivo para almacenamiento de energía 150 desde la fuente de energía 152. Por ejemplo, el dispositivo para almacenamiento de energía 150 puede recibir energía eléctrica desde la fuente de energía 152 mediante uno o más de inducción electromagnética, ondas de radio y resonancia electromagnética. Así, se podrá apreciar que cualquier enfoque adecuado puede utilizarse para recargar el dispositivo para almacenamiento de energía 150 desde una fuente de energía que no comprende parte del vehículo. De este modo, la máquina 120 puede propulsar el vehículo utilizando una fuente de energía distinta del combustible utilizado por el motor 110.

El sistema de combustible 140 puede recibir periódicamente combustible desde una fuente de combustible que reside externamente al vehículo. Como un ejemplo no limitante, el sistema de propulsión del vehículo 100 puede ser recargado con combustible recibiendo combustible mediante un dispositivo expendedor de combustible 170 como se indica mediante la flecha 172. En algunas realizaciones, el tanque para combustible 144 puede estar configurado para almacenar el combustible recibido desde el dispositivo expendedor de combustible 170 hasta que se suministra a un motor 110 para la combustión.

Este vehículo híbrido eléctrico enchufable, como se describió con referencia al sistema de propulsión del vehículo 100, puede configurarse para utilizar una forma secundaria de energía (por ej., energía eléctrica) que se recibe periódicamente desde una fuente de energía que no es de otro modo parte del vehículo.

El sistema de propulsión del vehículo 100 también puede incluir un centro de mensajes 190, un sensor de temperatura/humedad ambientes 192, y un sensor de control de estabilidad de balanceo, tal como sensor/es de velocidad lateral y/o longitudinal y/o de viraje 194. El centro de mensajes puede incluir luz (o luces) indicadora/s y/o una pantalla a base de texto en la cual se visualizan mensajes a un operador, tal como un mensaje solicitando una entrada del operador para arrancar el motor. El centro de mensajes puede también incluir diversas porciones de entrada para recibir una entrada de operador, tales como botones, monitores táctiles, reconocimiento/entrada de voz, etc. En una realización alternativa, el centro de mensajes puede comunicar mensajes de audio al operador sin visualización.

La FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra un cilindro de un motor multicilindros 110, el cual puede incluirse en un sistema de propulsión de un automóvil. El motor 110 puede estar controlado al menos parcialmente por un sistema de control 180 (tambien referido como un controlador) y mediante una entrada desde un operador del vehículo 132 mediante un dispositivo de entrada 130. La cámara de combustión (por ej., un cilindro) 230 del motor 110 puede incluir paredes de la cámara de combustión 232 con un pistón 236 ubicado en la misma. En algunas realizaciones, la cara del pistón 236 dentro del cilindro 230 puede tener un tazón. El pistón 236 puede estar acoplado a un cigüeñal 240 de modo que el movimiento recíproco del pistón se traduce en movimiento rotacional del cigüeñal. El cigüeñal 240 puede estar acoplado a al menos una rueda de transmisión de un vehículo mediante un sistema de transmisión intermedio. Además, una máquina de arranque puede estar acoplada al cigüeñal 240 mediante un volante para permitir un funcionamiento inicial del motor 110.

La cámara de combustión 230 puede recibir aire de admisión desde el colector de admisión 244 mediante un pasaje de admisión 242 y puede dejar escapar gases de combustión mediante un pasaje de escape 248. El colector de admisión 244 y el pasaje de escape 248 pueden comunicarse selectivamente con la cámara de combustión 230 mediante respectivas válvula de admisión 252 y válvula de escape 254. En algunas realizaciones, la cámara de combustión 230 puede incluir dos o más válvulas de admisión y/o dos o más válvulas de escape.

La válvula de admisión 252 puede estar controlada por un controlador 180 mediante un accionador eléctrico de válvula (EVA, por sus siglas en inglés: electríc valve actuator) 251. De modo similar, la válvula de escape 254 puede estar controlada por un controlador 180 mediante un EVA 253. Durante algunas condiciones, el controlador 180 puede variar las señales proporcionadas a los accionadores 251 y 253 para controlar la apertura y cierre de las respectivas válvulas de admisión y de escape. La ubicación de la válvula de admisión 252 y de la válvula de escape 254 puede determinarse mediante sensores de ubicación de válvula 255 y 257, respectivamente. En realizaciones alternativas, se pueden accionar una o más válvulas de admisión y de escape mediante una o más levas, y se pueden utilizar uno o más sistemas interruptores de perfil de leva (CPS, por sus siglas en inglés: cam profile switching), de regulación de tiempo de leva variable (VCT, por sus siglas en inglés: variable cam timing), de regulación de tiempo de válvula variable (WT, por sus siglas en ingles: variable valve timing ) y/o de elevación de válvula variable (WL, por sus siglas en inglés: variable valve liñ) para variar el funcionamiento de la válvula. Por ejemplo, el cilindro 230 puede incluir de manera alternativa una válvula de admisión controlada mediante accionamiento eléctrico de la válvula y una válvula de escape controlada mediante accionamiento de leva que incluye CPS y/o VCT.

Se muestra un inyector de combustible 266, acoplado directamente a una cámara de combustión 230, para inyectar combustible directamente en la misma. La inyección de combustible puede ser mediante un sistema de riel común, u otro sistema tal para inyección de combustible. El combustible puede suministrarse al inyector de combustible 266 mediante un sistema de combustible (no mostrado) de alta presión que incluye un tanque para combustible, una bomba para combustible y un riel para combustible. En algunas realizaciones, el cilindro 230 puede opcionalmente incluir una bujía de encendido, la cual puede accionarse mediante un sistema de encendido. Un inyector de combustible 266 puede proporcionarse en el cilindro para suministrar combustible directamente al mismo. No obstante, en otras realizaciones, el inyector de combustible puede estar dispuesto dentro de un colector de admisión 244 corriente arriba de la válvula de admisión 252. El inyector de combustible 266 puede accionarse mediante un conductor (del inglés: driver) .

El pasaje de admisión 242 puede incluir una válvula reguladora 290 que tiene una placa de válvula reguladora 292. En este ejemplo particular, la ubicación de la placa de válvula reguladora 292 puede variarse mediante el controlador 180 mediante una señal proporcionada a una máquina eléctrica o accionador incluido con la válvula reguladora 290, una configuración que es normalmente referida como control electrónico de válvula reguladora (ETC). De esta manera, la válvula reguladora 290 puede hacerse funcionar para variar el aire de admisión proporcionado a la cámara de combustión 230 entre otros cilindros del motor. La posición de la placa de válvula reguladora 292 puede proporcionarse al controlador 180 mediante la señal de ubicación de válvula reguladora TP. El pasaje de admisión 242 puede incluir un sensor de masa del flujo de aire 220 y un sensor de presión de aire del colector 222 para proporcionar respectivas señales MAF y MAP al controlador 180.

Además, en las realizaciones divulgadas, un sistema de recirculación de gas de escape (EGR, por sus siglas en ingles: exhaust gas recirculation) puede encaminar una porción deseada de gas de escape desde un pasaje de escape 248 hacia un pasaje de admisión 244 mediante un pasaje EGR 260. La cantidad de EGR proporcionada al pasaje de admisión 244 puede variarse mediante el controlador 180 mediante la válvula de EGR 261. Además, se puede disponer un sensor de EGR 263 dentro del pasaje de EGR y puede proporcionar una indicación de una o más de presión, temperatura y concentración del gas de escape. De manera alternativa, la EGR puede controlarse a través de un valor calculado en base a señales del sensor MAF (corriente arriba), MAP (colector de admisión), MAT (temperatura del gas del colector) y el sensor de la velocidad del cigüeñal. Además, la EGR puede controlarse en base a un sensor de O2 del escape y/o un sensor de oxígeno de admisión (colector de admisión). Bajo algunas condiciones, el sistema de EGR puede utilizarse para regular la temperatura de la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de combustión. Mientras que la FIG. 2 muestra un sistema de EGR de alta presión, de manera alternativa, un sistema de EGR de baja presión puede utilizarse donde la EGR se encamina desde corriente abajo de una turbina de un turbocargador hacia corriente arriba de un compresor del turbocargador.

Así, el motor 110 puede además incluir un dispositivo de compresión tal como un turbocompresor o un sobrealimentador que incluye al menos un compresor 262 dispuesto a lo largo del colector de admisión. Para un turbocompresor, el compresor 262 puede estar accionado al menos parcialmente por una turbina 264 (por ej., mediante un cigüeñal) dispuesta a lo largo del pasaje de escape 248. Para un sobrealimentador, el compresor 262 puede estar accionado al menos parcialmente por el motor y/o una máquina eléctrica, y puede no incluir una turbina. Así, la cantidad de compresión proporcionada a uno o más cilindros del motor mediante un turbocompresor o un sobrealimentador puede variarse mediante el controlador 180.

El sensor de gas de escape 226 se muestra acoplado al pasaje de escape 248, corriente arriba del sistema de control de emisiones 270. El sensor 226 puede ser cualquier sensor adecuado para proporcionar una indicación sobre la relación aire/combustible del gas de escape, tal como un sensor lineal de oxígeno o UEGO (oxígeno del gas de escape de amplio espectro o universal, del ingles: universal or wide-range exhaust gas oxygerí), un sensor de oxígeno de dos estados EGO, un HEGO (del inglés: heated EGO, EGO calentado), un sensor de NOx, HC, y/o CO.

El sistema de control de emisiones 270 se muestra dispuesto a lo largo del pasaje de escape 248, corriente abajo del sensor de gas de escape 226. El sistema 270 puede incluir un catalizador de oxidación diésel (DOC, por sus siglas en inglés: diesel oxidation catalyst) 272, sistema de reducción catalítica selectiva (SCR, por sus siglas en inglés: selective catalytic reduction), catalizador de tres vías (TWC, por sus siglas en inglés: three way catalyst), trampa de NOx, otros diversos dispositivos de control de emisiones o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, como se describe en mayor detalle a continuación, el sistema de emisiones 270 puede ser un sistema DOC que incluye un catalizador SCR 274 y un filtro diésel particulado (DPF, por sus siglas en inglés: diesel particulate ff/fer) 276. En algunas realizaciones, el DPF 276 puede estar ubicado corriente abajo de los catalizadores (como se muestra en las FIGS. 2 y 3), mientras que en otras realizaciones, el DPF 276 puede estar ubicado corriente arriba de uno o más de los catalizadores DOC y SCR (no mostrado). Sistema de control de emisiones 270 puede también incluir un sensor de gas de escape 280. El sensor 280 puede ser cualquier sensor adecuado para proporcionar una indicación de una concentración de los constituyentes del gas de escape, tal como un sensor de NOx, NH3, o EGO, por ejemplo. Además, el sensor 280 puede ser un sensor de temperatura o presión en algunos ejemplos. Además, en algunas realizaciones, durante el funcionamiento del motor 110, el dispositivo de control de emisiones 270 puede restablecerse periódicamente haciendo funcionar al menos un cilindro del motor dentro de una relación particular de aire/combustible.

El controlador 180 se muestra en la FIG. 2 como una microcomputadora, que incluye una unidad de microprocesador 202, puertos de entrada/salida 204, un medio para almacenamiento electrónico para programas ejecutables y valores de calibración mostrados como un chip de memoria de solo lectura 206 en este ejemplo particular, memoria de acceso aleatorio (del inglés: random access memory) 208, memoria permanente (del inglés: keep alive memory) 210, y un bus de datos. El controlador 180 puede recibir diversas señales desde los sensores acoplados al motor 110, además de aquellas señales discutidas previamente, incluyendo medición del flujo de masa de aire (MAF) introducido desde el sensor de masa del flujo de aire 220; la temperatura de refrigeración del motor (ECT, por sus siglas en ingles: engine coolant temperature) desde el sensor de temperatura 212 acoplado a la manguera de refrigeración 214; una señal de recogida de ignición de perfil (PIP) desde el sensor de efecto Hall 218 (o de otro tipo) acoplado al cigüeñal 240; posición de la válvula reguladora (TP, por sus siglas en inglés: throttle position) desde un sensor de posición de la válvula reguladora; y una señal de presión absoluta del colector, MAP, desde el sensor 222. La señal de velocidad del motor, RPM, puede generarse mediante el controlador 180 desde la señal PIP. La señal de presión del colector MAP desde un sensor de presión del colector puede utilizarse para proporcionar una indicación de vacío, o de presión, en el colector de admisión. Se hace notar que se pueden utilizar diversas combinaciones de los sensores anteriores, tales como un sensor MAF sin un sensor MAP, o viceversa. Durante el funcionamiento estequiométrico, el sensor MAP puede brindar una indicación de la torsión del motor. Además, este sensor, junto con la velocidad detectada del motor, puede proporcionar una estimación de la carga (incluyendo el aire) introducida dentro del cilindro. En un ejemplo, el sensor 218, el cual también se utiliza como un sensor de velocidad del motor, puede producir un número predeterminado de pulsos igualmente espaciados a cada revolución del cigüeñal.

La memoria de solo lectura 206 del medio para almacenamiento puede programarse con datos legibles por computadora que representan instrucciones ejecutables por el procesador 202 para llevar a cabo los métodos descriptos a continuación así como también otras variantes que están anticipadas, aunque no específicamente listadas.

Como se describió anteriormente, la FIG. 2 muestra solamente un cilindro de un motor multicilindros, y cada cilindro puede de modo similar incluir su propio conjunto de válvulas de admisión/escape, inyector de combustible, bujía de encendido, etc.

Volviendo ahora al sistema de escape de acuerdo con la presente divulgación, la FIG. 3 muestra un sistema de control de emisiones 270 en mayor detalle. Como se describió anteriormente, el sistema de control de emisiones 270 está dispuesto a lo largo de un pasaje de escape 248 corriente abajo de un sensor de gas de escape 226. Además, el sistema de control de emisiones 270 incluye un DOC 272, un SCR 274 y un DPF 276 además del sensor de gas de escape 280. Para simplificar, en la presente se muestra una disposición de los componentes de escape; no obstante, son posibles otras disposiciones. Por ejemplo, en otra realización, el DPF 276 puede estar ubicado corriente arriba del SCR 274 en lugar de corriente abajo, como se muestra. En otra realización más, el SCR 274 puede estar ubicado corriente arriba del DOC 272, el cual puede estar ubicado corriente abajo del catalizador SCR pero corriente arriba del DPF 276, etc.

Las flechas que se muestran a lo largo del pasaje de escape 248 indican la dirección del flujo de aire a traves del sistema de control de emisiones 270. En resumen, el flujo de aire primero entra al DOC 272, el cual incluye un calentador de DOC 302 para calentar eléctricamente el catalizador DOC. Como se describe en mayor detalle a continuación, el sistema de control 180 puede regular una corriente suministrada al calentador de DOC 302 a fin de controlar la cantidad de calor suministrado al DOC 272 y así la temperatura del catalizador DOC. Por ejemplo, esto puede efectuarse a fin de aumentar la temperatura del catalizador de oxidación por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N2O. Una fuente potencial de N20 en el sistema de escape se produce a partir de la reacción de los hidrocarburos (HC) y los NOx dentro del DOC 272 durante el apagado de los HC (del inglés: HC light-off). Por lo tanto, en respuesta a la detección de un alto nivel de HC y/o NOx corriente arriba del DOC 272, el sistema de control 180 puede aumentar una corriente suministrada al calentador del DOC 302 bajo ciertas condiciones de funcionamiento para aumentar la temperatura del catalizador por fuera del rango de temperatura asociado con la formación de N20, que también puede referirse como ventana de formación de N20. Estas acciones intrusivas pueden tomarse para reducir la cantidad de N20 producido en el sistema de escape dado que el N20 es extremadamente estable en la atmósfera una vez formado. Por ejemplo, el N20, el cual es un gas de efecto invernadero, tiene un tiempo de vida estimado en la atmósfera de 114 años. El potencial de calentamiento global del N20 también se ha estimado como de aproximadamente 298 veces el del CO2 en base a una masa. Por lo tanto, reducir la cantidad de N20 liberada a la atmósfera es de particular importancia.

Con respecto a la ventana de formación de N20, una temperatura óptima para la conversión de N20 dentro del catalizador de oxidación depende de la cantidad de platino y paladio presentes en el catalizador. Por ejemplo, un catalizador de oxidación puede incluir un recubrimiento rugoso de paladio o platino o ambos. La composición específica permite luego una ventana ajustable de formación de N20 en base a la composición del catalizador. Como ejemplo, cuando la cantidad de platino en el catalizador de oxidación se disminuye en relación a la cantidad de paladio presente, la ventana de formación de N20 se desplaza a un rango de temperatura más alto. Así, cuando hay más paladio presente en el catalizador, el catalizador puede calentarse hasta temperaturas más altas a fin de mover el catalizador de oxidación hacia afuera de la región de temperatura asociada con la generación de N20. De manera inversa, si hay menos paladio presente en relación a la cantidad de platino en el catalizador de oxidación, la ventana de formación de N20 puede estar en un rango de temperatura más bajo. De este modo, los metodos descritos en la presente pueden incluir ajustar una ventana de formación de N20 en base a la composición del catalizador. Además, un catalizador de oxidación puede, de manera alternativa, cubrirse con un recubrimiento rugoso sobre un sustrato de cordierita junto con un sustrato metálico o de zeolita. El sustrato metálico permite calentar el catalizador eléctricamente dado que los metales son buenos conductores del calor. Los sustratos de zeolita pueden agregarse para auxiliar en el control del inicio en frío de los HC absorbiendo los HC a bajas temperaturas y luego liberando los HC luego de alcanzar la ventana de actividad para la oxidación.

Como ejemplo, los inventores han estudiado el efecto del tipo de metal precioso y la carga en el DOC. En un conjunto de experimentos, la temperatura del pico de producción de N20 cayó en una banda ajustada en el rango de aproximadamente 200-225X, que correspondió a la ventana de temperatura de la combustión de HC. Luego, una muestra de Pt altamente cargada tuvo la más alta producción de N20 a un pico de 20% del NOx del gas total alimentado. Las combinaciones de Pt y Pd tuvieron un rango de N20 del 7% al 15%, mientras que la muestra con solamente Pd tuvo el nivel más bajo con un pico en 5% del NOx del gas total alimentado. La tendencia observada siguió aproximadamente el orden de actividad de oxidación del NO de cada catalizador dado que se sabe que el Pt produce N02 mientras que el Pd no es capaz de hacerlo en comparación con el Pt. Además, la ventana de temperatura para la formación de N20 mediante HC + NOx fue de entre 150 y 350°C, el rango típico para el inicio de la oxidación catalítica de los HC y el rango experimentado durante los ciclos de manejo utilizados para la certificación de emisiones de chasis de vehículo. Para catalizadores de Pt, se observó una coincidencia notable cuando se utilizó propeno como reductor. Una vez que el propeno alcanzó la oxidación completa, la reducción de NOx y la formación de N20 disminuyeron debido a la falta de reductor hasta que la única reacción del NOx fue la oxidación del NO. Mientras que el propeno fue parcialmente oxidado durante el apagado (Hght-off), estuvo disponible para reducir parte del Pt y facilitar la adsorción de NO, el cual se puede luego disociar en N2 y 02. El N20 se formó luego cuando el N2 interactuó con otra molecula de NO adsorbida, la cual se señala como un problema potencial en catalizadores de Pt.

Como otro ejemplo, los inventores estudiaron la formación de N20 en base a cambios en la relación HC/NOx en el gas alimentado al pulsador utilizando una muestra de DOC con baja carga, rico en Pd (1 parte de Pt a 4 partes de Pd). En el vehículo, las relaciones HC/NOx pueden aumentarse en determinados momentos, tal como durante estrategias activas de calentamiento para entibiar rápidamente el sistema de catalizador durante el inicio en frío y la regeneración del filtro. En los experimentos, la relación de entrada HC/NOx se disminuyó hasta 2:1, la cual produjo una caída en el N20 pico hasta un valor de aproximadamente 6%, y aumentó tres veces hasta 18:1 para un N20 pico de 9%. La relación de 18:1 representó aproximadamente relaciones HC/NOx de inicio en frío cuando se emplearon las estrategias de calentamiento rápido del catalizador o de regeneración del filtro, utilizando inyección de combustible en exceso. Se observó que la temperatura del valor pico de N20 se desplazó desde 225°C descendiendo hasta 200°C desde la relación HC/NOx más baja hasta la más alta.

Como otro ejemplo más, los inventores estudiaron el efecto de la zeolita dentro de la formulación del DOC sobre la formación de N20. Las zeolitas se agregan para auxiliar en el control del inicio en frío de los HC adsorbiendo los HC a bajas temperaturas y luego liberando los HC luego de alcanzar la ventana de actividad para la oxidación. Se ensayaron tres muestras conteniendo zeolita con niveles variables de metales preciosos, por ej., solamente Pt (1 parte de Pt a 0 partes de Pd), rico en Pt (2 partes de Pt a 1 parte de Pd), y rico en Pd (1 parte de Pt a 4 partes de Pd). En un conjunto de experimentos, la temperatura se elevó desde un nivel bajo hasta un nivel alto para asegurar la saturación de HC dentro del catalizador de oxidación, como ocurriría en el arranque de un vehículo. Los resultados demostraron que la muestra con Pt solamente produjo la más alta cantidad de N20, seguida de la muestra rica en Pt, y el N20 más bajo se produjo a partir de la muestra rica en Pd. Además, un desplazamiento en el pico se observó a partir de una temperatura más alta hasta una temperatura más baja como se describió anteriormente con respecto a los estudios de la relación HC/NOx del gas alimentado, no obstante, el agregado de zeolita produjo un desplazamiento a temperaturas aún más bajas de 150°C con un valor de N20 pico de 25% de NOx del gas alimentado.

Las reacciones químicas que ocurren dentro de un sistema de catalizador diesel son principalmente reacciones de oxidación y de reducción. Por esta razón, cuando uno o más catalizadores están presentes en un sistema de escape diésel, las funciones de cada catalizador se organizan para mejorar el desempeño global del sistema. De esta forma, el sistema de escape diésel está diseñado para trabajar en un ambiente de elevado contenido de oxígeno donde los catalizadores de tres vías no funcionan. Por ejemplo, el DOC 272 puede oxidar a los HC y al monóxido de carbono (CO) de acuerdo con las Reacciones 1 y 2 a continuación. El DOC 272 también puede proporcionar una exoterma para la regeneración del filtro cuando los niveles de HC externos al motor aumentan. Además, la oxidación de óxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO2) también puede tener lugar en el DOC 272 mediante la reacción 3. Por esta razón, el catalizador SCR 274 está incluido corriente abajo del DOC 272 para la reducción selectiva de NO y N02 con amoníaco de acuerdo con las Reacciones 5-7. El DPF 276 está incluido para oxidar hollín de carbono así como los HC que se deslizan desde los catalizadores ubicados corriente arriba mediante la Reacción 11. Globalmente, el sistema de control de emisiones puede evitar que HC, CO, NOx y hollín entren en la atmósfera con funcionamientos de motor consistentemente austeros. A pesar de que el sistema de la presente incluye tres catalizadores, en algunas realizaciones, pueden estar presentes diversas combinaciones de catalizadores en combinación con el catalizador de oxidación diesel calentado eléctricamente. El sistema descrito en la presente incluye, por simplicidad, todos los tres catalizadores.

Las fuentes potenciales de N2O dentro del sistema de escape son: reacción de HC y NOx dentro del DOC 272 durante el apagado de HC (Reacción 4), reacciones laterales de amoníaco, NOx y oxígeno en el SCR 274 (Reacciones 8-10), y oxidación de amoníaco que se desliza en el DPF 276 (Reacción 12). Por lo tanto, el sistema y los métodos descritos pueden además reducir la cantidad de N20 formada dentro del sistema de escape, ajustando uno o más funcionamientos del motor en base a una formación de N20 inferida en el mismo. Por ejemplo, como respuesta a una alta formación de N20 dentro del DOC 272, el catalizador puede calentarse eléctricamente para mover al catalizador por fuera de una ventana de formación de N20. De manera alternativa o además, uno o más funcionamientos del motor pueden llevarse a cabo (por ej., aumentando la relación de compresión del motor) para reducir la cantidad de N20 formada en el sistema de escape.

Reacciones dentro del DOC: [1] HC + O2 co2, H2O [2] 2CO + 02 2CO2 [3] 2N0 + 02 2NO2 [4] HC + NOx N20, H2O, C02 Reacciones dentro del sistema SCR: [5] 4NH3 + 4NO + 02 4N2, 6H20 [6] 8NH3 + 6N02 7N2, 12H20 [7] 2NH3 + NO +N02 ® 2N2, 3H20 [8] NH4N03 N20, 2H2O [9] 2NH3 + 2NO2 N20, N2 3H20 [10] 2NH3 + 202 ® N20, 3H20 Reacciones dentro del filtro catalizado: [11] C (hollín), HC + 02 CO2, H20 [12] 2NH3 + 202 N20, 3H20 Volviendo al sistema de control de emisiones 270 mostrado en la FIG. 3, una vez que el flujo de aire del gas de escape sale del DOC 272, el flujo de aire continúa en la dirección del SCR 274. Como se muestra, tambien se proporciona un sistema de inyección de reductor para inyectar reductor líquido al catalizador SCR 274. Por ejemplo, el reductor inyectado puede ser urea o amoníaco. El sistema de inyección de redactor incluye un inyector de reductor 310, que está configurado para inyectar un reductor líquido, tal como una solución de urea, dentro de una trayectoria de flujo de gas de escape dentro del pasaje de escape 248. En la presente realización, el inyector 310 forma un ángulo en relación con el pasaje de escape 248. No obstante, en realizaciones alternativas el inyector puede estar ya sea paralelo, o perpendicular, al pasaje de escape. Además, el inyector puede incluir hardware de asistencia ya sea neumática o hidráulica (no mostrado). La urea inyectada dentro del pasaje de escape 248 puede convertirse en amoníaco bajo ciertas condiciones (por ej., en presencia de suficiente calor), que puede utilizarse para reducir los NOx y/o puede almacenarse en el catalizador SCR.

Las temperaturas del escape pueden medirse mediante uno o más sensores de temperatura ubicados en el pasaje de escape 248, tal como el sensor de temperatura de gas de escape 320. De manera alternativa, la temperatura del escape puede inferirse en base a condiciones de funcionamiento del motor tales como velocidad, carga, relación aire-combustible (AFR, por sus siglas en inglés: air-fuel ratio), retraso de la chispa, etc. A pesar de que el sensor de temperatura del gas de escape 320 se muestra acoplado al pasaje de escape 248, en algunas realizaciones, el sensor de temperatura puede estar acoplado directamente a uno o más del DOC 272 y el SCR 274 para medir directamente una temperatura del catalizador. El pasaje de escape 248 se muestra además incluyendo un dispositivo para mezclado 322 para mejorar el mezclado del flujo corriente abajo del inyector de reductor 310. No obstante, esto es no limitante, y el sistema de control de emisiones 270 tambien puede estar configurado sin dispositivo para mezclado 322 en algunas realizaciones. Cuando está presente, el dispositivo para mezclado 322 puede estar configurado como un disco circular de secciones como aletas en un ejemplo no limitante. Además, el esquema vaporizador proporcionado por el inyector 310 puede incluir cualquier esquema adecuado para mejorar la tasa de evaporación y el mezclado del reductor con los gases de escape. Por ejemplo, un inyector puede proporcionar vaporizadores que forman láminas, conos rellenados, conos huecos, conos múltiples, etc. El dispositivo para mezclado 322, el inyector de redactor 310, y el sensor de temperatura del gas de escape 320 pueden comunicarse con el sistema de control 180, que puede además controlar una velocidad a la cual rota el dispositivo para mezclado 322 y/o un suministro de reductor mediante el inyector 310 (por ej., ajustando una regulación de tiempo y/o la cantidad de reductor inyectado).

El catalizador SCR 274 ubicado corriente abajo del DOC 272 está incluido para reducir selectivamente NO y NO2 con amoníaco de acuerdo con las Reacciones 5-7. Por ejemplo, los NOx no eliminados por el DOC 272 pueden reaccionar con amoníaco en el SCR 274. Además, se pueden producir los productos químicos inertes N2 y H2O que son liberados a la atmósfera. No obstante, como se muestra en la presente, las reacciones químicas que ocurren en el SCR 274 también pueden producir N20 de acuerdo con las Reacciones 9 y 10. Por lo tanto, el SCR 274 también puede incluir una ventana de formación de N20 del mismo modo que se describió anteriormente para el DOC 272. Por esta razón, el SCR 274 puede incluir un calentador de SCR 304 para calentar eléctricamente el catalizador de reducción durante el ciclo de manejo del motor. El DPF 276 está ubicado corriente abajo del SCR 274 para oxidar el hollín de carbono así como los HC que se deslizan desde los catalizadores corriente arriba. El sensor de escape 280 ubicado en la salida del escape (o en cualquier punto corriente abajo del DPF 276) puede ser cualquier sensor adecuado para proporcionar una indicación de una concentración de los constituyentes del gas de escape tal como un sensor de NOx, NH3, o un EGO, por ejemplo. Además, el sensor 280 puede ser un sensor de temperatura y/o presión en algunos ejemplos. En algunas realizaciones, durante el funcionamiento del motor 110, el sistema de control de emisiones 270 puede restablecerse periódicamente haciendo funcionar al menos un cilindro del motor dentro de una relación particular de aire/combustible.

Si el NO2 está llegando al sistema SCR bajo condiciones normales de funcionamiento del vehículo, las emisiones de N20 pueden generarse mediante las Reacciones 8 y 9. Los inventores además estudiaron estas reacciones utilizando un catalizador de Cu/zeolita. En estos estudios, la relación de admisión N02/N0x se varió desde uno hasta cero en escalones de 0,25 y se midió la desaparición de NOx. Los inventores encontraron que la conversión óptima de NOx ocurrió a una relación de 0,5, y la peor conversión ocurrió cuando los NOx eran sustancialmente todo N02. En general, la formación de N20 mediante las reacciones de SCR disminuyó con el N02 decreciente en la línea de gas alimentado. Además, algo del N20 se detectó incluso con solo NO en la alimentación, lo cual indicó que algo de oxidación de NO ocurrió en el propio catalizador SCR.

Los inventores han encontrado además que la formación de N20 se minimizó a traves del uso de catalizadores DOC de baja carga, ricos en Pd y SCR de Cu/chabazita. La ventana de temperatura del gas de escape fue ya sea baja (200-300°C) durante el manejo en ciudad/autopista o alta (600°C) durante la regeneración del filtro. No obstante, estos rangos de temperatura están en los extremos opuestos de una ventana de funcionamiento de un SCR, lo que permitió que las emisiones de N20 mediante los catalizadores SCR fueran minimizadas. Mientras que el rango bajo de 200-300°C cae dentro de la ventana de formación de N20 mediante los DOCs, el uso de formulaciones de baja carga, ricas en Pd y el control cuidadoso de HC por fuera del motor como se describió en la presente, pueden reducir la formación de N20.

Volviendo al control del sistema de control de emisiones durante funcionamiento del vehículo, las FIGS. 4-10 muestran diagramas de flujo de ejemplo que ¡lustran cómo pueden realizarse uno o más ajustes operativos para reducir las emisiones de N20 desde el sistema de escape del motor.

La FIG. 4 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del metodo 400 para monitorear de manera independiente cada catalizador y reducir una generación de N20 a partir de los mismos. Por ejemplo, el sistema descrito anteriormente puede encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación (por ej., el DOC 272) que incluye un recubrimiento rugoso de paladio o platino o ambos, luego desde el catalizador de oxidación hacia un catalizador selectivo de reducción (por ej., el SCR 274) donde se puede agregar amoníaco bajo condiciones predeterminadas para reducir los NOx. No obstante, dado que no hay sensor disponible para medir la formación de N20 de manera específica, los métodos descritos incluyen inferir la formación de N20 a partir del catalizador de oxidación a partir de una o más de, la temperatura del catalizador y/o la cantidad de HC y NOx y NO2 en los gases de escape del motor; e inferir el N20 fuera del catalizador selectivo de reducción a partir de una o más de, la temperatura del catalizador selectivo de reducción, la formación de N20 inferida a partir del catalizador de oxidación y la cantidad de amoníaco inyectada. Luego, para reducir la cantidad de N20 generada, como ejemplo, el método 400 incluye calendar el catalizador de oxidación utilizando una fuente externa para reducir el N20 fuera del catalizador selectivo de reducción cuando la temperatura del catalizador de oxidación está por debajo de un rango predeterminado y el N20 fuera de dicho catalizador selectivo de reducción excede una cantidad preseleccionada.

En 402, el método 400 incluye monitorear una o más condiciones de funcionamiento del motor para determinar si puede estar presente una condición de alta formación de N20 dentro del sistema de escape. En 410, el método 400 además incluye estimar y/o inferir la formación de N20 a partir del catalizador selectivo de reducción, por ej., el SCR 274, y comparar la formación de N20 hasta una cantidad preseleccionada para determinar si la formación de N20 dentro del SCR 274 se genera en cantidades en exceso. Si la formación de N20 dentro del SCR 274 excede la cantidad preseleccionada, el método 400 procede hacia 412 y reduce una inyección de amoníaco o urea para reducir la cantidad de N20 fuera de dicho catalizador selectivo de reducción. Por ejemplo, las Reacciones 9 y 10 muestran que el amoníaco puede reaccionar con NO2 y 02 para generar N20 en el SCR 274. Por lo tanto, una reducción en la inyección de amoníaco puede reducir la cantidad de N20 generada dentro del catalizador selectivo de reducción. No obstante, dicha reducción en amoníaco tambien puede causar un aumento temporal en los niveles de NOx. Por lo tanto, a pesar de que no se muestra en la FIG. 4, la cantidad que se puede aumentar temporalmente NOx puede determinarse mediante un umbral diagnóstico a bordo (o un umbral OBD, por sus siglas en inglés: on-board diagnostic) que enciende una lámpara indicadora del mal funcionamiento dentro del vehículo al detectar cantidades en exceso de NOx. Por ejemplo, los niveles de N02/N0x que exceden aproximadamente 0,25 pueden presentar problemas con respecto a la formación de N20 porque los catalizadores SCR generan N20 aumentado cuando hay presentes niveles elevados de N02 en la alimentación del escape corriente abajo del DOC. De manera alternativa, si la formación de N20 dentro del SCR 274 no excede la cantidad preseleccionada, el método 400 procede hacia 414, que incluye inyectar amoníaco en base a los niveles de NOx presentes en el sistema de escape.

Desde allí en adelante, independientemente del N20 inferido fuera de dicho catalizador selectivo de reducción en relación con la cantidad preseleccionada, en 420 el método 400 también estima y/o infiere un nivel de N20 dentro del catalizador de oxidación, por ej., el DOC 272, para determinar si una formación de N20 dentro del DOC está dentro de un rango predeterminado. Si el nivel inferido de N20 en el DOC 272 no cae dentro del rango predeterminado, el método 400 procede para hacer uno o más ajustes operativos para reducir la cantidad de N20 generada. Por simplicidad, en 422, el método 400 incluye regular la corriente al calentador del DOC 302 en base a la formación de N20 inferida fuera del rango predeterminado. Como un ejemplo, si se utiliza un catalizador calentado eléctricamente en un vehículo híbrido con un sistema eléctrico de 300V, la temperatura del catalizador podría de manera alternativa aumentarse cuando el vehículo se hace funcionar a baja potencia (por ej., la salida de potencia cae por debajo de un umbral de potencia) para salirse de la ventana de formación de N20. De manera alternativa, si la formación de N20 está dentro del rango predeterminado, el vehículo puede continuar funcionando en base a una salida o carga del motor deseada en tanto que los niveles de N2O inferidos permanezcan bajos.

Volviendo a manejar el catalizador de oxidación diésel calentado eléctricamente, la FIG. 5 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del método 500 para calentar el catalizador de oxidación para reducir la formación de N20 en el mismo. Como ya se describió, el DOC 272 puede incluir un calentador de DOC 302 para calentar el catalizador que utiliza una fuente externa para reducir la formación de N20. Por lo tanto, el sistema de control 180 puede programarse para regular el calentamiento del catalizador de oxidación cuando la formación de N20 excede un valor predeterminado (por ej., excede un umbral). El método 500 además incluye finalizar el calentamiento cuando la temperatura del catalizador se eleva por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20.

En 502, el método 500 incluye monitorear las condiciones del motor. Luego, como respuesta a una o más condiciones del motor asociadas con la formación de N2O, el sistema de control 180 puede calentar el DOC 272 utilizando una fuente externa para reducir la cantidad de N20 formada en el mismo. Por ejemplo, cuando una carga del vehículo es alta de modo que se forman niveles aumentados de HC como respuesta a la inyección aumentada de combustible, el sistema de control 180 puede regular la corriente suministrada al calentador del DOC 302 para aumentar la temperatura del catalizador fuera de un rango asociado con la formación de N2O.

En 504, el método 500 además incluye estimar y/o inferir la cantidad de N20 formada dentro del catalizador. A pesar de que el sistema de control de emisiones 270 puede incluir uno o más sensores de gas de escape (por ej., el sensor 280) para proporcionar una indicación de una concentración de los constituyentes del gas de escape tales como NOx dentro del sistema de escape, estos sensores pueden ser también sensibles a especies químicas similares como NO y NO2. Así, estos sensores pueden no proporcionar una indicación precisa del N20 presente en el sistema de escape. Por esta razón, la cantidad de N20 formada a partir de dicho catalizador puede estimarse y/o inferirse utilizando una o más de, la temperatura del catalizador 510, una relación de HC con NOx (por ej., relación de HC/NOx 512), y una relación de N02 con NOx (por ej., relación de N02/NOx 514). De este modo, el controlador 180 puede programarse para determinar un nivel de la formación de N20 dentro de un catalizador en base a uno o más sensores en el sistema de escape. Luego, en 520, el sistema de control 180 puede programarse para comparar la formación inferida de N20 en el DOC 272 hasta un umbral a fin de realizar ajustes operativos para reducir la cantidad de N20 generada en el mismo. A pesar de que son posibles diversos ajustes operativos y que se describen en mayor detalle a continuación, por simplicidad, la FIG. 5 incluye calentar el DOC 272 a fin de aumentar la temperatura del catalizador fuera de un rango asociado con la formación de N20.

Cuando la formación de N20 inferida en el catalizador de oxidación excede un umbral, por ejemplo porque la cantidad de N20 inferida está fuera del rango predeterminado, el metodo 500 procede hacia 522 y calienta el catalizador de oxidación utilizando una fuente externa para reducir la formación de N20 en el mismo. En los ejemplos proporcionados, la fuente de calor externa comprende un calentador eléctrico (por ej., un calentador de DOC 302), no obstante, esto no es limitante y en una realización alternativa, la fuente de calor externa puede comprender una bomba de calor además de, o en lugar del, calentador eléctrico. La fuente de calor externa se utiliza para aumentar la temperatura del catalizador por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20. Por lo tanto, cuando la formación de N20 cae por debajo del umbral de N20, la formación N20 cae dentro del rango predeterminado y el método 500 procede hacia el cuadro 524 continuando el funcionamiento del vehículo en base a la carga del motor sin realizar ajustes adicionales. En algunas realizaciones, el umbral de N20 puede corresponder a un rango regulado por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (E.P.A., por sus siglas en inglés: Environmental Protection Agency).

Dado que el calor suministrado al catalizador de oxidación está bajo el control del sistema de control 180, en 530, el método 500 además incluye monitorear la temperatura del catalizador en relación con un umbral de temperatura asociado con la ventana de formación de N20. Luego, una vez que la temperatura del catalizador excede el umbral de temperatura, el sistema de control 180 puede finalizar el calentamiento desde la fuente externa como se indica en 532. De manera alternativa, mientras que la temperatura este por debajo del umbral, en 534, el sistema de control 180 puede regular la cantidad de calor suministrado desde la fuente externa en base a la formación de N2O inferida. Por ejemplo, en el rango de temperatura por debajo el umbral, si la cantidad de formación de N20 aumenta, la corriente suministrada al calentador eléctrico 302 puede aumentarse para calentar el catalizador más rápidamente. Por el contrario, si la cantidad de formación de N20 disminuye, por ejemplo, porque disminuye una carga sobre el motor 110, la corriente suministrada al calentador eléctrico 302 puede disminuirse en base a la formación de N20 disminuida inferida. Como se describe en la presente, una vez que se ha inferido una alta formación de N20 para el catalizador, se puede suministrar calor para elevar la temperatura por encima del rango de temperatura asociado con la generación de N20, en cuyo punto el calentamiento puede finalizar como se indica en 532.

La FIG. 6 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del método 600 para ajustar uno o más funcionamientos del motor para reducir la formación de N20. A pesar de que la FIG. 5 describió reducir la formación de N20 calentando el catalizador utilizando una fuente externa, también son posibles otros ajustes operativos. Por lo tanto, el método 600 está incluido para ilustrar cómo se pueden tomar otras medidas de manera adicional o de manera alternativa para reducir la formación de N20 en el sistema de escape. Por simplicidad, el método 600 incluye generalmente modificar uno o más funcionamientos del motor para reducir la formación de N20 cuando la formación de N20 excede un umbral. Luego, una vez que el nivel de formación de N20 es llevado dentro del rango predeterminado, el método 600 incluye además hacer funcionar el vehículo bajo las condiciones operativas modificadas. De manera alternativa, el método 600 puede además incluir hacer ajustes adicionales al tiempo que se monitorea la cantidad de N20 generada dentro del sistema de escape durante el ciclo de manejo del motor. A pesar de que no se muestra, los ajustes del motor descritos pueden realizarse además de, o en lugar del, calentamiento eléctrico del catalizador descrito con respecto a la FIG. 5. Además, pueden realizarse uno o más de los ajustes descritos mediante el sistema de control 180 para reducir la formación de N20 dentro del rango predeterminado.

En 602, el metodo 600 incluye comparar la formación de N2O inferida con el umbral de N20. Luego, como respuesta a la formación de N20 por encima del umbral de N20, en 604 el método 600 incluye modificar las condiciones de funcionamiento del motor para reducir la formación de N20.

Como un ejemplo, el método 600 incluye ajustar la salida del motor híbrido en 610 para reducir la cantidad de formación de N20 dentro del sistema de escape. Por ejemplo, como respuesta a una alta formación de N20, el sistema de control 180 puede reducir una salida de potencia del motor 110 mientras aumenta una salida de potencia desde la máquina 120. Además, como se describe en la presente, la máquina 120 puede estar controlada para proporcionar sustancialmente la reducción en potencia desde el motor 110. De allí en adelante, la salida del motor híbrido puede ajustarse en base a una cantidad de formación de N20 hasta que la formación de N20 cae dentro del rango predeterminado.

Como otro ejemplo, el método 600 incluye ajustar la inyección de combustible 612. Por lo tanto, una inyección de combustible o combustión en el sistema del motor puede modificarse en base al nivel aumentado de N20. Por ejemplo, como se describió anteriormente, la formación de N20 en el DOC 272 puede producirse a partir de la reacción de HC con NOx de acuerdo con la Reacción 4. Por lo tanto, una inyección reducida de combustible puede reducir la cantidad de HC presente en el gas de escape, que además reduce la cantidad de N20 dado que hay menos HC presente en el gas de escape para reaccionar con NOx de acuerdo con la Reacción 4.

Como otro ejemplo más, se puede aumentar la recirculación de gas de escape (EGR) para reducir la cantidad de formación de N20. Por lo tanto, en 614, la modificación del motor incluye aumentar la recirculación de gases de escape dentro de las cámaras de combustión del motor para disminuir una temperatura de combustión y reducir de este modo la formación de NOx desde las mismas.

Como otro ejemplo más, cuando sea apropiado, el método 600 incluye cambiar un suministro de combustible (por ej., combustible diésel) a un segundo combustible (por ej., metano o CNG) que tiene menor contenido de carbono, en 616. Por lo tanto, cuando se reduce una porción de un primer combustible suministrado al motor, el segundo combustible que tiene menor contenido de carbono que el primer combustible puede agregarse al motor para compensar la perdida de potencia mientras que también reduce el contenido de hidrocarburos en el sistema de escape, lo que produce una reducción en la formación de N2O mediante la Reacción 4.

Además también, en 618, el método 600 incluye aumentar una relación efectiva de compresión del motor para reducir la formación de HC y N20 en el mismo. Por ejemplo, aumentar una relación de compresión del motor puede comprender hacer al menos uno de los siguientes ajustes: cambiar la regulación de tiempo de la válvula de admisión del motor, aumentar el aire forzado hacia adentro del motor, o disminuir un volumen de las cámaras de combustión del motor. Así, el controlador 180 puede estar configurado para realizar uno o más de estos ajustes a fin de aumentar una relación de compresión en el motor. El método 600 además incluye realizar uno o más de los ajustes descritos anteriormente para modificar el funcionamiento del motor y reducir la cantidad de N20 generada en el mismo. Además, pueden realizarse uno o más de estos ajustes cuando el DOC 272 está dentro de la ventana de formación de N20 (por ej., ~175-350°C) para reducir la cantidad de N20 generada.

Para ilustrar la modificación del funcionamiento del motor de acuerdo con el método 600, la FIG. 7 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del método 700 para modificar el funcionamiento del motor como respuesta a una relación alta HC/NOx de ejemplo. En 702, el método 700 incluye monitorear las condiciones del escape para determinar cuándo son favorables las condiciones para la formación de N20. Por ejemplo, como se describió anteriormente, el sensor 226 puede utilizarse para monitorear la composición del gas de escape dentro del pasaje de escape 248, corriente arriba del sistema de control de emisiones 270.

En 704, el método 700 incluye comparar una relación HC/NOx con un umbral de la relación utilizada para indicar una alta formación de N20. Luego, si la relación excede el umbral de la relación, por ejemplo, porque una inyección de combustible y el contenido de hidrocarburos del escape son altos, en 710, el método 700 incluye monitorear la temperatura del catalizador, por ej., el DOC 272, para determinar si el catalizador está en una ventana de formación de N20 que indica si puede generarse N20 en el mismo. De manera alternativa, si la relación HC/NOx cae por debajo del umbral de la relación, en 706, el sistema de control 180 puede programarse para determinar que la formación de N20 dentro del sistema de escape cae dentro del rango predeterminado y por lo tanto, continuar el funcionamiento del vehículo sin realizar modificaciones sustanciales.

Volviendo a 710, si la temperatura del catalizador cae por debajo de un umbral de temperatura mientras que la relación HC/NOx está por encima del umbral de la relación, las condiciones en el DOC 272 pueden ser favorables para la generación de N20. Como primera medida, el metodo 700 puede incluir calentar el DOC 272 para elevar la temperatura del catalizador por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20. Así, el método procede hacia 712 y suministra corriente al calentador del DOC 302 para aumentar la temperatura del catalizador fuera de la ventana de formación de N20. Luego, en 714, el sistema de control 180 puede regular la cantidad de calor suministrada al calentador eléctrico en base a la relación HC/NOx detectada, la cual indica la cantidad de N20 generada dentro del DOC 272.

De manera alternativa, si la temperatura del catalizador excede el umbral de temperatura mientras que la relación HC/NOx es alta, aún se puede generar N20 dentro del sistema de escape aunque el catalizador esté por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20. Así, pueden llevarse a cabo otros ajustes operativos como se describió con respecto a la FIG. 6. La FIG. 7 ejemplifica el método para un vehículo híbrido, ajustando la salida del motor híbrido para evitar la formación de N20 dentro del sistema de escape. En 720, el método 700 incluye evitar que se suministre una corriente al DOC 272, por ejemplo, porque la temperatura del catalizador ya excede el umbral de temperatura y está por lo tanto fuera de la ventana de formación de N20. Aunque el método 700 evita que se suministre corriente al DOC 272, en otras realizaciones, la cantidad de corriente suministrada al DOC 272 puede en su lugar, regularse, por ejemplo, para mantener una temperatura del catalizador en base a las condiciones de funcionamiento del motor. Luego, en 722, el método 700 además incluye reducir la potencia desde el motor 110 y aumentar la potencia hacia la máquina 120 de la manera ya descrita. En 724, el metodo 700 incluye ajustar la salida del motor híbrido en base al nivel de HC/NOx detectado. Aunque el método 700 incluye realizar ajustes en base a un nivel de HC/NOx, en otras realizaciones, el método puede en su lugar, de manera alternativa o adicional, realizar ajustes para reducir un nivel de N2O como respuesta a un nivel de NO2/NOX.

Los métodos descritos también se pueden aplicar en base a inferir una cantidad total de emisiones de N20 generadas dentro del sistema de escape. Por lo tanto, los métodos pueden realizar uno o más ajustes en base a, por ejemplo, estimar la cantidad de N20 liberada a la atmósfera en la salida del escape además de inferir la formación de N20 en uno o más catalizadores.

Así, la FIG. 8 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del método 800 para reducir las emisiones de N20 realizando uno o más ajustes como respuesta a las emisiones de N20 en exceso de una cantidad preseleccionada. Por esta razón, en 802, el método 800 incluye estimar y/o inferir una concentración de N20 total presente en la salida del escape. De manera alternativa, en algunas realizaciones, puede utilizarse en su lugar la cantidad de N2O fuera del SCR 274 o en un punto corriente abajo del SCR 274.

En 810, el método 800 incluye comparar la cantidad de N2O inferida emitida desde el sistema de escape con un umbral. Luego, si las emisiones de N2O exceden el umbral, el método 800 procede hacia 812 e identifica que las emisiones de N20 están fuera del rango predeterminado. Como respuesta a las elevadas emisiones de N20, uno o más funcionamientos del motor pueden ajustarse para reducir las emisiones de N20 por debajo del umbral y así reducir la cantidad de N20 g generada dentro del sistema de escape. De manera alternativa, si las emisiones de N20 caen por debajo del umbral, el método 800 procede hacia 814 identificando que las emisiones de N20 caen dentro del rango predeterminado. Cuando las emisiones de N20 del vehículo están dentro del rango predeterminado, el funcionamiento del vehículo puede continuar en base a una carga del motor.

Volviendo brevemente a la FIG. 9, la cual muestra una representación gráfica del rango predeterminado en relación con el límite regulado, el rango predeterminado se describe en mayor detalle. Como se muestra, el umbral que indica el extremo superior del rango predeterminado 902 puede configurarse para indicar un elevado nivel de emisiones de N20 que permanecen por debajo del límite regulado por la E.P.A. de Estados Unidos. En particular, reglamentación reciente de la E.P.A. de Estados Unidos ha establecido un límite para emisiones de N20 en base a chasis de vehículos. Por ejemplo, un chasis certificado como vehículo de carga liviana tiene un límite de 10 mg/mi mientras que un vehículo de carga mediana tiene un límite de 50 mg/mi. Para emisiones que ocurren por encima del límite, la E.P.A. de Estados Unidos además ordena que se reporte una penalidad. Así, de acuerdo con la presente divulgación, cuando las emisiones de N20 caen por fuera del rango predeterminado 902, por ejemplo, porque está presente una alta formación de N20 dentro del vehículo, se deben tomar acciones intrusivas para reducir las emisiones de N20 antes de que las emisiones de N20 excedan el límite regulado. Como un ejemplo en particular, como primera medida, se puede calentar un catalizador para aumentar la temperatura del catalizador por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20. Luego, se pueden tomar medidas más drásticas o modificaciones del motor para reducir más agresivamente la cantidad de N20 generado cuando la generación de N20 excede el límite regulado.

Volviendo a la FIG. 8, en 820, el método 800 incluye comparar las emisiones de N20 totales inferidas con el límite regulado. Luego, si el nivel total de N20 inferido está por encima del límite regulado, el método 800 incluye modificar el funcionamiento del motor para reducir la formación de N20 en 822. En la FIG. 8, la modificación del motor incluye ajustar la salida del motor híbrido, aunque también son posibles otras modificaciones de funcionamiento (por ej., ajustar una inyección de combustible, aumentar un EGR y/o cambiar el suministro de combustible a un segundo combustible que tiene menor contenido de carbono). Como respuesta a las emisiones de N20 que exceden el límite regulado, en 824, la salida de potencia del motor puede reducirse mientras que la máquina eléctrica está controlada para proporcionar sustancialmente la reducción en la potencia desde el motor. Luego, en 826, el método 800 incluye ajustar la salida del motor híbrido en base a las emisiones de N20 detectadas hasta que las emisiones se llevan por debajo del límite regulado. A pesar de que no se muestra de manera explícita, el método también, o de manera alternativa, puede incluir simultáneamente calentar uno o más catalizadores para auxiliar en la reducción de emisiones de N20.

Si, en 820, las emisiones de N20 no exceden el umbral regulado, y por lo tanto caen por debajo del límite regulado mientras que tambien caen por fuera del rango predeterminado, la generación de N20 puede en su lugar caer dentro del rango de calentamiento del catalizador 904 indicado en la FIG. 9. Por lo que, las emisiones de N20 pueden caer por debajo del límite regulado mientras que aún están por fuera del rango predeterminado 902, y el método 800 puede proceder hacia 830 calentando uno o más catalizadores utilizando una fuente externa para reducir la formación de N20 para contrarrestar los niveles incrementados de N20. Por ejemplo, en 830, el sistema de control 180 puede aumentar la corriente suministrada al DOC 272 en base al nivel total inferido de N20. Luego, en 832, el método 800 puede además incluir regular la cantidad de corriente suministrada, y por lo tanto controlar la tasa de calentamiento en base a la formación de N20 dentro del sistema de escape. Así, la FIG. 9 además muestra una escala de calentamiento del catalizador de ejemplo 920 para ilustrar gráficamente cuánto calor se agrega en base al nivel inferido de emisiones de N20 en comparación con el límite regulado. Esto es, si las emisiones de N20 caen por fuera del rango predeterminado en una cantidad sustancialmente pequeña como se muestra en 922, el calentamiento eléctrico puede ocurrir más lentamente dependiendo del uso de potencia requerida por un operador del vehículo. De manera alternativa, si las emisiones de N20 se acercan al nivel del límite regulado, y por lo tanto caen por fuera del rango predeterminado en una cantidad sustancialmente grande como se muestra en 924, el calentamiento eléctrico puede ocurrir más rápidamente aumentando la cantidad de corriente suministrada al calentador eléctrico. En otras palabras, la cantidad de calentamiento eléctrico puede controlarse en base al nivel inferido de las emisiones de N20 en comparación con el rango operativo predeterminado y el límite regulado.

Con respecto a la penalidad por emisión de carbono por emisiones que ocurren por encima del límite regulado, la FIG. 10 muestra un diagrama de flujo de ejemplo del método 1000 para monitorear y/o reducir una penalidad por emisión de carbono durante el funcionamiento del vehículo. En 1002, el método 1000 incluye estimar y/o inferir las emisiones totales en una salida del escape. En contraste con las emisiones del vehículo descritas anteriormente, que se refieren a la generación de N20 dentro del sistema de escape, un impacto ambiental del carbono puede estimarse y/o calcularse en base a componentes adicionales del escape presentes dentro del sistema de escape. Por ejemplo, los gases de efecto invernadero como HC, CO, NOx y CO2 etc., pueden utilizarse para calcular un impacto ambiental del carbono a fin de determinar si debe reportarse una penalidad. Así, en 1004, el metodo 1000 incluye calcular un impacto ambiental del carbono, por ejemplo, considerando la contribución de cada componente detectado dentro del gas de escape para el impacto ambiental global. Como se mencionó anteriormente, el N20 es de importancia porque cantidades en exceso de N20 pueden tener un potencial de calentamiento global que es aproximadamente 298 veces aquél del de C02 en una base en masa. Por esta razón, el N20 en exceso se transforma en una equivalencia de dióxido de carbono agregando un múltiplo del N20 en exceso al C02 emitido estimado a partir del sistema de escape. Por ejemplo, la cantidad de N20 en exceso se multiplica por un factor de 300 para estimar su impacto sobre las emisiones de dióxido de carbono en base al potencial de calentamiento global del N20.

En 1010, el método 1000 incluye así inferir la cantidad de N20 emitido desde el escape para determinar si excede el límite regulado. Luego, si el N20 generado dentro del sistema de escape excede el límite regulado, en 1012, la penalidad por emisión de N20 debida al N20 en exceso puede calcularse en base a la diferencia entre el nivel inferido de N20 y el límite regulado. Dicha diferencia puede convertirse a una equivalencia de C02 en 1014, donde la equivalencia de C02 se calcula multiplicando la penalidad por emisión de N20 por el factor multiplicador, que es 300 para N20. En 1016, el método 1000 incluye opcionalmente recalcular el impacto ambiental del carbono que incluye la penalidad por emisión de N20 y comparar el impacto ambiental recalculado con el impacto ambiental previamente calculado, para determinar si una potencial penalidad por emisión de C02 a partir de las emisiones de N20 puede ser suficientemente severa como para garantizar la toma de acciones intrusivas para reducir la cantidad de N20 generada. Luego, el método 1000 además incluye reducir las emisiones de N20, por ejemplo, haciendo uno o más ajustes operativos como se describió anteriormente con respecto a las FIGS. 4-9. Si las emisiones de N20 deben reducirse, en 1022, el sistema de control 180 puede reducir una cantidad de N20 generada haciendo uno o más ajustes operativos (por ej., calentando un catalizador) y calculando el impacto ambiental por emisión de carbono para determinar si ha ocurrido una reducción en el impacto ambiental del carbono y de emisiones de N20 como resultado de la acción intrusiva. Si, en 1020, no se toman acciones intrusivas para reducir las emisiones de N20, el método 1000 procede hacia 1032 y calcula la penalidad por emisión de CO2 total en base a la penalidad por emisión de N20 y los niveles de otros gases de escape presentes en el sistema de escape. En 1034, el método 1000 además incluye reportar la penalidad por emisión de C02 total a una agencia regulatoria tal como lo establece la E.P.A. de Estados Unidos.

Volviendo a 1010, si la concentración de N20 cae por debajo del límite regulado, el método 1000 puede proceder hacia 1030 para determinar si el impacto ambiental del carbono está por encima del límite regulado de carbono. Si el impacto ambiental del carbono excede el límite de carbono, el método 1000 procede directamente para calcular una penalidad por emisión de C02 en 1032. A pesar de que en la FIG. 10, para abreviar, se muestra una forma simple del método 1000, se entenderá que se pueden realizar también uno o más ajustes operativos para reducir la cantidad de emisiones desde otros agentes químicos gaseosos presentes en el sistema de escape distintos de N20, a fin de disminuir el impacto ambiental del carbono por debajo del límite regulado. Así, la salida de la máquina híbrida también puede ajustarse en la manera descrita anteriormente, para reducir una o más emisiones del sistema de escape del vehículo además del N20. De este modo, el método además incluye acciones intrusivas para reducir que se emitan una o más emisiones desde el vehículo. Si se acepta una penalidad por emisión de C02 debido a que el impacto ambiental del carbono excede un límite regulado, en 1034, el método puede además incluir el reporte de la penalidad por emisión de C02 a una o más agencias regulatorias tal como lo establece la E.P.A de Estados Unidos. De manera alternativa, si en 1030 el impacto ambiental del carbono cae por debajo del límite de carbono mientras que el nivel de N20 también cae por debajo del límite regulado, el funcionamiento del vehículo puede continuar mientras el sistema de escape se monitorea mediante uno o más de los metodos descritos.

De este modo, un catalizador de oxidación puede calentarse utilizando una fuente externa tal como un calentador eléctrico para reducir la cantidad de N2O generado dentro del sistema de escape. Más específicamente, la cantidad de calor suministrado al DOC puede aumentarse para aumentar la temperatura del catalizador por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20. Además, otros ajustes pueden hacerse en el motor en combinación con el calentamiento del catalizador utilizando la fuente externa o en lugar del calentamiento eléctrico para reducir más la cantidad de N20 formado dentro del sistema de escape.

Se deberá tener en cuenta que las rutinas de control y estimación de ejemplo incluidas en la presente pueden utilizarse con diversos motores y/o configuraciones de sistemas de vehículo. Los métodos y las rutinas de control divulgados en la presente pueden almacenarse como instrucciones ejecutables en una memoria no transitoria. Las rutinas específicas descritas en la presente pueden representar una o más de un número de estrategias de procesamiento tales como las dirigidas por eventos, las dirigidas por interrupciones, las múltiple tarea, las multihilo, y lo similar. Así, diversas acciones, operaciones y/o funciones ilustradas pueden llevarse a cabo en la secuencia ilustrada, en paralelo o en algunos casos, pueden omitirse. Del mismo modo, el orden del procesamiento no necesariamente requiere alcanzar las características y ventajas de las realizaciones de ejemplo descritas en la presente, pero se provee para facilitar la ilustración y descripción. Se pueden realizar repetidamente una o más de las acciones, operaciones y/o funciones ilustradas, dependiendo de la estrategia particular que se esté utilizando. Además, las acciones, operaciones y/o funciones descritas pueden representar gráficamente código a ser programado en una memoria no transitoria del medio para almacenamiento legible por computadora en el sistema de control del motor.

Se podrá apreciar que las configuraciones y rutinas divulgadas en la presente son de una naturaleza de ejemplo, y que estas realizaciones específicas no se deberán considerar en un sentido limitante, dado que son posibles numerosas variaciones. Por ejemplo, la teenología anterior se puede aplicar a V-6, 1-4, 1-6, V-12, 4 opuestos, y otros tipos de motores. El objeto de la presente divulgación incluye todas las combinaciones y sub-combinaciones novedosas y no obvias de los diversos sistemas y configuraciones, y otras características, funciones y/o propiedades divulgadas en la presente.

Las reivindicaciones siguientes particularmente señalan ciertas realizaciones y sub-combinaciones consideradas como novedosas y no obvias. Estas reivindicaciones pueden referirse a “un” elemento o a “un primer” elemento o el equivalente del mismo. Dichas reivindicaciones deberán entenderse como incluyendo la incorporación de uno o más de dichos elementos, no requiriendo ni excluyendo ninguno de ellos dos o más de dichos elementos. Otras combinaciones y sub-combinaciones de las características, funciones, elementos, y/o propiedades divulgadas pueden reivindicarse a traves de enmiendas de las presentes reivindicaciones o a través de la presentación de nuevas reivindicaciones en ésta o en una solicitud relacionada. Dichas reivindicaciones, ya sean más amplias, más estrechas, iguales o diferentes en alcance, en relación con las reivindicaciones originales, también se consideran como incluidas dentro del objeto de la presente divulgación.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para controlar emisiones de motores, caracterizado porque comprende los pasos de: encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos; inferir la formación de N20 a partir de dicho catalizador a partir de una o más de, temperatura del catalizador, relación de HC con NOx o relación de NO2 con NOx en dichos gases de escape del motor; y reducir dicha formación de N20 cuando dicho catalizador está funcionando dentro de un rango de temperatura asociado con la formación de N20.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la reducción de la formación de N20 comprende el calentamiento de dicho catalizador desde una fuente externa para reducir dicha formación de N20.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el calentamiento de dicho catalizador comprende calentar eléctricamente dicho catalizador y frenar dicho calentamiento cuando la temperatura de dicho catalizador se eleva por encima de un rango de temperatura asociado con la generación de N20.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el catalizador de oxidación además incluye un sustrato de cordierita, un sustrato metálico o un sustrato de zeolita.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el motor comprende un motor diésel.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la reducción de la formación de N20 comprende aumentar una relación efectiva de compresión del motor para reducir la formación de HC por parte del motor cuando dicha formación de N20 inferida excede un valor predeterminado.

7. El metodo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el aumento de la relación efectiva de compresión del motor comprende al menos uno de los siguientes: cambiar la regulación de tiempo de la válvula de admisión del motor, aumentar la presión de aire forzado hacia adentro del motor, o disminuir el volumen de las cámaras de combustión del motor.

8. Un método para controlar las emisiones para un motor diésel, caracterizado porque comprende los pasos de: encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos; encaminar los gases de escape desde dicho catalizador de oxidación hacia un catalizador selectivo de reducción; agregar amoníaco a dicho catalizador selectivo de reducción bajo condiciones predeterminadas para reducir los NOx; inferir la formación N20 a partir de dicho catalizador de oxidación a partir de, la temperatura de dicho catalizador, HC y NOx y NO2 en dichos gases de escape del motor; inferir N20 de dicho catalizador selectivo de reducción a partir de la temperatura de dicho catalizador selectivo de reducción, dicha formación de N20 inferida a partir de dicho catalizador de oxidación y dicho amoníaco; y calentar dicho catalizador de oxidación desde una fuente externa para reducir dicho N20 de dicho catalizador selectivo de reducción cuando la temperatura de dicho catalizador de oxidación está por debajo de un rango predeterminado y dicho N20 de dicho catalizador selectivo de reducción excede una cantidad preseleccionada.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el N20 inferido a partir de dicho catalizador de oxidación se infiere a partir de la temperatura de dicho catalizador de oxidación, y la relación de HC con NOx y la relación de NO2 con NOx en dichos gases de escape.

10. El metodo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la fuente externa de calor comprende un calentador eléctrico.

11. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la fuente externa de calor comprende una bomba de calor.

12. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la combustión del motor se modifica cuando dicha formación inferida de N20 excede un valor predeterminado para reducir la formación de NOx.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la modificación en el motor incluye aumentar la recirculación de dichos gases de escape hacia adentro de las cámaras de combustión del motor para disminuir las temperaturas de combustión y reducir la formación de NOx.

14. Un método para controlar emisiones para un motor diésel en un vehículo híbrido accionado ya sea mediante un motor diésel o un motor eléctrico, caracterizado porque comprende los pasos de: encaminar los gases de escape desde el motor a través de un catalizador de oxidación que incluye un recubrimiento rugoso con paladio o platino o ambos; encaminar los gases de escape desde dicho catalizador de oxidación hacia un catalizador selectivo de reducción; agregar amoníaco a dicho catalizador selectivo de reducción bajo condiciones predeterminadas para reducir los NOx; inferir la formación de N20 a partir de dicho catalizador de oxidación a partir de la temperatura de dicho catalizador, relación de HC con NOx y N02 en dichos gases de escape del motor; inferir el N20 de dicho catalizador selectivo de reducción a partir de la temperatura de dicho catalizador selectivo de reducción, dicha formación de N20 inferida a partir de dicho catalizador de oxidación, NOx del motor diesel, y dicho amoníaco; calentar dicho catalizador de oxidación con un calentador eléctrico para reducir dicha formación de N20 a partir de dicho catalizador de oxidación cuando la temperatura de dicho catalizador de oxidación está por debajo de un rango predeterminado y dicho N20 inferido de dicho catalizador selectivo de reducción excede una cantidad preseleccionada; y discontinuar dicho calentamiento eléctrico cuando la temperatura de dicho catalizador de oxidación excede dicho rango predeterminado.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la salida de potencia del motor diésel se reduce cuando dicho N20 inferido de dicho catalizador selectivo de reducción está por encima de un valor predeterminado.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el motor eléctrico está controlado para proporcionar sustancialmente dicha reducción en potencia del motor diésel.

17. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque una porción de combustible diésel entregado al motor se reduce cuando dicho N20 inferido de dicho catalizador selectivo de reducción está por encima de un valor predeterminado y se agrega un segundo combustible que tiene menos contenido de carbono que el combustible diésel al motor diésel para compensar la pérdida de potencia que de otro modo ocurriría desde el motor diésel mediante dicha reducción en el combustible diésel.

18. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la combustión en el motor diésel se modifica cuando dicho N20 inferido del catalizador selectivo de reducción excede un valor predeterminado.

19. El metodo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la modificación de combustión incluye aumentar la recirculación de dichos gases de escape hacia adentro de las cámaras de combustión del motor diésel para disminuir las temperaturas de combustión y reducir la formación de NOx.

20. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque comprende estimar el CO2 producido a partir del motor diésel y agregar un múltiplo de dicho N20 inferido de dicho catalizador selectivo de reducción a dicha estimación de C02.