Control-oriented modelling and diagnostics of diesel after-treatment catalysts

Abstract

[ES] Esta tesis doctoral abarca el desarrollo de algoritmos orientados a mejorar el sistema de control de emisiones en motores Diesel. Para este proposito, la inclusion en el vehiculo de sensores embarcados como los de temperatura, los de NOx o el de NH3 permite realizar diagnostico a bordo de los sistemas de post-tratamiento foco de este trabajo, los cuales son el DOC y el SCR. Asi pues, el objetivo es el de satisfacer las normativas de diagnostico a bordo para mantener las emisiones por debajo del umbral permitido por la normativa a lo largo del tiempo. Los tests experimentales, incluyendo las medidas con analizador de gases, permiten tener una vision mas amplia de las especies en la linea de escape. Complementariamente, se utilizan unidades nuevas y envejecidas para tener el efecto experimental del envejecimiento en los catalizadores. De esta manera, se analiza el efecto de la temperatura, el gasto de escape, las concentraciones de las especies y el envejecimiento en el DOC y en el SCR, asi como la evaluacion de algunas de las medidas relevantes realizadas por los sensores. Las temperaturas tienen una influencia destacada en el funcionamiento de los catalizadores, por lo que se requiere la evaluacion de las medidas de los sensores de temperatura, junto con el desarrollo de modelos de transmision de calor, para alimentar las funciones a continuacion desarrolladas. En este sentido, la medida lenta del sensor aguas arriba del DOC se mejora en condiciones transitorias mediante una tecnica de fusion de la informacion basada en un filtro de Kalman. Luego, se presenta un modelo de transmision de calor 1D y un modelo agrupado 0D, en los cuales se evaluan las entradas aguas arriba segun el uso del modelo. Por otra parte, se presenta una tecnica para estimar el incremento de temperatura debido a la oxidacion de los pulsos de post-inyeccion en el DOC. Se proponen modelos para ambos DOC y SCR para estimar el efecto del envejecimiento en las emisiones, en los cuales el factor de envejecimiento es modelado como un parametro sintonizable que permite variar desde estados nuevos a envejecidos. Por una parte, un modelo agrupado 0D es desarrollado para el DOC con el proposito de estimar el desliz de HC y CO, el cual es validado en un WLTC para despues ser usado en simulacion. Por otra parte, un modelo 1D y un modelo 0D se desarrollan para el SCR, los cuales se usan a continuacion para alimentar la estrategia de diagnostico y para simulacion. Finalmente, las estrategias de diagnostico se presentan para fallo total o retirada de DOC, asi como para la estimacion de la eficiencia en DOC y SCR. Por una parte, la primera estrategia se divide en pasiva y activa, en la que se usan post-inyecciones en la activa para excitar el sistema y confirmar el fallo total si es el caso. A continuacion, la eficiencia del DOC se estima a traves de una tecnica indirecta en la que la temperatura de activacion se detecta y se relaciona con el incremento de emisiones a traves del modelo. Por otra parte, se desarrolla un observador para estimar el estado…