BR112012004867B1

BR112012004867B1 - sistema para tratar gás de escapamento gerado por um motor de ignição por centelha, e, método para diagnóstico embarcado (obd) de um captador de hc

Info

Publication number: BR112012004867B1
Application number: BR112012004867-8A
Authority: BR
Inventors: Neil Robert Collins; Christopher Morgan; Michael Howard
Original assignee: Johnson Matthey Public Limited Company
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2020-07-07
Also published as: EP2473720B1; GB0915326D0; CN102575546B; KR20120068010A; EP2473720A1; RU2541486C2; JP5675818B2; GB2473215A; CN102575546A; BR112012004867A2; RU2012112831A; KR101775993B1; US20120216508A1; JP2013504006A; WO2011027228A1; US8677739B2

Abstract

SISTEMA PARA TRATAR GÁS DE ESCAPAMENTO GERADO POR UM MOTOR DE IGNIÇÃO POR CENTELHA, E, MÉTODO PARA DIAGNÓSTICO EMBARCADO (OBD) DE UM CAPTADOR DE HC Os captadores de hidrocarbonetos usados para captá-los liberam então hidrocarbonetos não queimados na partida de um motor de combustão interna de ignição por centelhas e são sensíveis à degradação se expostos a gases de escapamento de temperatura normal. Diagnósticos embarcados de captadores de HC são providos pela invenção, incorporando-se um material de armazenagem de oxigênio sensível ao calor no material de captador de HC e empregando-se determinação convencional de eficiência OSC para determinar se o material do captador de HC foi exposto à excessiva temperatura.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a aperfeiçoamentos em controle de emissão e, mais especialmente, refere-se a aperfeiçoamentos no controle de emissões reguladas dos motores de combustão interna.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção tem aplicação particular em motores de combustão interna de ignição por centelhas e será descrito em relação a motores de combustão interna abastecidos por gasolina, porém pode ser aplicada a motores similares, tais como aqueles alimentados por alcoóis, misturas de álcool-gasolina e gás de petróleo liquefeito (LPG). As emissões atualmente reguladas para motores a gasolina referem-se a hidrocarbonetos (HC) não queimados, monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx). Embora o pós-tratamento dos gases de escapamento pelo catalisador de três-caminhos tradicional (TWC), combinado com controle de motor de relações ar-combustível, consiga reduções úteis de todos estes poluentes, o aperto progressivo dos regulamentos por todo o mundo tem apresentado alguns problemas. Por exemplo, na partida e antes do “light-off’ TWC (isto é, antes de o TWC alcançar sua temperatura operacional”), as emissões de HC são efetivamente não-tratadas. O “light-off’ pode ser descrito como a temperatura em que um catalisador catalisa uma reação em uma desejada atividade de conversão. Por exemplo, “CO T50” é uma temperatura para um dado catalisador em que o catalisador catalisa a conversão de monóxido de carbono de um gás de alimentação, p. ex., de um gás de escapamento, em dióxido de carbono, com pelo menos 50% de eficiência. Similarmente, “HC Tgo” é a temperatura em que o hidrocarboneto, talvez um hidrocarboneto particular, tal como octana ou propeno, é convertido em vapor de água e dióxido de carbono em eficiência de 80% ou maior.

[003] As emissões de HC pelo tubo de descarga no período pré-light-off são preferivelmente evitadas de deixar o sistema de escapamento. Uma proposta para alcançar-se este objetivo é absorver as emissões de HC em um material absorvente ou “captador de HC” durante este período. Por exemplo, a JP 8-10566 descreve um adsorvente-catalisador em que um material catalisador eficaz para diminuir CO, HC e NO, na escapamento de motor de combustão interna, é combinado com um material adsorvente que coleta hidrocarboneto durante as partidas de descarga fria. O HC coletado é subsequentemente liberado do material do captador para tratamento (isto é, conversão em CO2 e água) pelo TWC após o TWC ter alcançado sua temperatura light-off HC. Também, na JP 62-5820, um absorvente é usado em combinação com um catalisador, de modo que os hidrocarbonetos exauridos com o gás de escapamento em baixa temperatura são absorvidos por um absorvente, enquanto em temperatura de gás de escapamento elevada os hidrocarbonetos exauridos pelo motor são purificados, juntos com os hidrocarbonetos liberados do absorvente pelo catalisador.

[004] Temperaturas típicas de gás de escapamento de motor a gasolina a montante dos conversores catalíticos são geralmente de 800 °C e podem ser apreciavelmente mais elevadas. Além disso, as temperaturas do gás de escapamento podem ser elevadas pela passagem através dos catalisadores, tais como um pequeno catalisador de partida, estreitamente acoplado ao captador de descarga. Assim, os materiais propostos para uso como absorventes de HC neste tipo de arranjo requerem estabilidade a alta temperatura, exemplos dos quais incluem gama alumina, vidro poroso, carvão vegetal ativado ou similar.

[005] Entretanto, estes materiais não são suficientemente absorventes de HC e perdem muito da absorção em alta temperatura. Quando a temperatura do gás de escapamento é em uma faixa entre a temperatura em que a absorção começa a diminuir e a temperatura em que a purificação pelo catalisador começa a ser disponível, os hidrocarbonetos são exauridos sem absorção pelo absorvente nem purificação pelo catalisador. Assim, um captador de HC convencional provido no lado a montante de um conversor catalítico não é muito efetivo pelo fato de os hidrocarbonetos absorvidos pelo absorvente serem novamente liberados antes de o conversor catalítico provido em seu lado a jusante tornar-se ativo, desse modo permitindo que tais hidrocarbonetos sejam emitidos para a atmosfera sem serem purificados.

[006] Ao contrário dos materiais de alta-temperatura acima mencionados, os zeólitos são sabidos terem excelentes propriedades de absorção HC. Além disso, vários métodos são conhecidos para melhorar o desempenho da adsorção HC e estabilidade do zeólito. Por exemplo, a JP 08- 099033 descreve um captador de HC compreendendo prata, um elemento do grupo IIIB, p. ex., cério, lantânio, neodímio ou ítrio e um zeólito. A prata melhora a adsorção HC, particularmente adsorção de HC em temperatura relativamente elevada, e o elemento do grupo IIIB melhora a estabilidade hidrotérmica do zeólito.

[007] Contudo, os zeólitos mais úteis não são estáveis em temperaturas de gás de escapamento típicas para motores de ignição por centelha. Para compensar a estabilidade em temperatura diminuída, os captadores de HC compreendendo materiais de zeólito são convencionalmente posicionadas a jusante de um TWC, de modo que a temperatura do gás de escapamento esfria antes de contatar o captador de HC. Entretanto, tal arranjo requer componentes de sistema de escapamento adicionais, tais como um catalisador de oxidação colocado mais a jusante do captador de HC para converter os hidrocarbonetos liberados (vide, p. ex., US 6074973, descrevendo um catalisador HC catalisado, compreendendo prata dispersa em zeólitos, tais como ZSM-5, em que o captador de HC é disposto a jusante de um TWC).

[008] /Foi também proposto no documento SAE 2007-01-0929 “HC Adsorber System for SULEVs of Large Volume Displacement” Keisuke Sano et al. e na EP 0 424 966A utilizar um sistema de derivação de uma forma ou outra, de modo que o captador seja usado somente quando requerido e não seja exposto a grandes volumes de gás de escapamento acima da temperatura em que o material de captador de zeólito começa a degradar-se. Os captadores de HC em arranjos de desvio podem somente alcançar 100 - 300 °C, por exemplo. Tais captadores de HC incorporando um desvio são agora considerados ser necessários para satisfazer os próximos regulamentos de emissão.

[009] Além disso, os sistemas de “diagnósticos embarcado” (OBD) são agora obrigatórios para mostrar ao motorista de um veículo quando o TWC falhou ou está operando em eficiência reduzida. Um método eficaz de realizar OBD de um TWC é medir a eficiência do Componente de Armazenagem de Oxigênio (OSC) do TWC e acionar um sinal de falha se a eficiência cair abaixo de um valor predeterminado. Os OSCs do estado da arte incorporados em um TWC são requeridos terem estabilidade de longo termo em temperaturas de gás de escapamento de gasolina de pelo menos 850 °C. Por esta razão, os OSCs são geralmente óxidos misturados de céria-zircônia altamente estáveis, com frequência com estabilização adicional provida dopando-se a céria-zircônia com um óxido de terras raras adicionais, tal como os óxidos de neodímio e/ou lantânio.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

[0010] Entretanto, a tecnologia OBD existente não é prontamente utilizável com captadores de HC, porque os captadores de HC baseados em zeólito tipicamente não incorporam um OSC que seja sensível a temperaturas abaixo da temperatura máxima requerida para manter a estabilidade dos captadores. Isto é, mesmo se o captador de HC contiver componentes TWC convencionais, os componentes TWC somente falharão em um teste OSC após exposição a temperaturas significativamente mais elevadas do que a temperatura de degradação do zeólito. É portanto um objetivo da presente invenção prover um sistema captador de HC tendo meios para prover OBD. As formas de realização preferidas podem prover detecção OBD em temperaturas relativamente baixas, p. ex., na faixa de 100 - 300 °C para uso em captadores de HC dispostos em arranjos de desvio.

[0011] Deste modo, a presente invenção provê um sistema captador de HC para tratamento de gás de escapamento de um motor de combustão interna de ignição por centelha, em que o sistema incorpora material absorvedor HC tendo excelente absorção HC e um material OSC sacrificial selecionado para perder capacidade de armazenagem de oxigênio entre a temperatura ambiente e uma temperatura operacional em que o material absorvedor sensível a temperatura degrada-se e não coleta HC, p. ex., não coleta HC suficientemente para satisfazer um padrão de emissão importante. A temperatura operacional pode adequadamente ser menor do que cerca de 800 °C para arranjos em-linha (isto é, sem derivação), porém pode também ser > cerca de 100 °C, p. ex., > cerca de 150 °C, > cerca de 200 °C ou > cerca 250 °C, adequadamente para uso em aplicações de derivação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A fim de que a invenção possa ser mais totalmente entendida, formas de realização ilustrativas são descritas com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 é um gráfico de dados mostrando a capacidade de armazenagem de oxigênio de captadores de HC; A Figura 2 é um gráfico de dados mostrando a eficiência de coletagem HC e armazenagem de oxigênio; e A Figura 3 é um diagrama mostrando os componentes de um sistema de tratamento de escapamento, de acordo com uma forma de realização preferida da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0013] Em uma forma de realização preferida, o Captador de HC e o TWC são dispostos em alojamentos separados. Estes alojamentos ficam em comunicação fluida via um conduto como mostrado na Figura 3. Aqui, o Motor 20 produz gás de escapamento contendo HC, NOx e similares. O conduto de fluxo transpassante 30 é usado para canalizar o gás de escapamento do motor através do TWC 60 e em seguida através de um outro conduto 70, tal como um tubo de descarga, quando a temperatura do gás de escapamento excede a temperatura light-off HC do TWC 60. Antes do gás de escapamento alcançar a temperatura light-off HC, tal como nos poucos momentos após a partida, o gás de escapamento é direcionado para dentro de um sistema de derivação 40, compreendendo um orifício de entrada 41, um orifício de saída 42, um conduto de desvio 43 e um captador de HC 50. Em certas formas de realização, o sistema de derivação compreende ainda um segundo TWC disposto entre o orifício de entrada 41 e dito captador de HC 50. Em tais sistemas, o segundo TWC é adjacente a ou em estreita proximidade com o captador de HC. Uma válvula de conversão 44 é disposta no conduto de fluxo transpassante 30, no conduto de desvio 42, no orifício de entrada 41, ou em qualquer outra posição que possa ser usada para eficazmente desviar o fluxo de pelo menos uma parte do gás de escapamento do conduto de fluxo-transpassante 30 para o conduto de desvio 42. A direção do fluxo de gás de escapamento é indicada pelas setas. Como aqui usados, os termos “a montante” e “a jusante” referem-se à direção relativa do fluxo de gás de escapamento na operação normal do sistema.

[0014] O fluxo do gás de escapamento através do sistema pode ser manipulado via uma válvula de conversão, que pode ser controlada pelo módulo de controle eletrônico. A válvula de conversão pode ser qualquer válvula ou dispositivo adequado que possa eficazmente direcionar uma parte do ou todo o gás de escapamento através de um Captador de HC antes de o gás de escapamento contatar o TWC.

[0015] Em operação, o captador de HC pode ser operado na partida do motor para absorver hidrocarbonetos até o gás de exaustor do motor alcançar uma temperatura limiar, tal como uma temperatura abaixo da temperatura operacional máxima do material de coletagem HC. Quando a temperatura do gás de escapamento exceder a temperatura limiar, que pode ser, por exemplo, cerca de 300 °C ou cerca de 250 °C, é desejável direcionar o fluxo do gás de escapamento para desviar-se do captador de HC, a fim de evitar que os hidrocarbonetos absorvidos pelo absorvente sejam liberados dele. Quando a temperatura do gás de escapamento eleva-se ainda até a temperatura light-off do TWX, por exemplo, cerca de 350 °C, então novamente o gás de escapamento pode ou deve desejavelmente ser passado através do absorvente a fim de liberar os hidrocarbonetos absorvidos pelo absorvente, desse modo regenerando o absorvente. Os hidrocarbonetos assim liberados serão agora purificados pelo catalisador contido no conversor catalítico provido no lado a jusante do captador absorvente. Uma vez que a temperatura do gás de escapamento diminui um pouco quando é liberado do absorvente devido a uma sua conversão de fase de absorção de calor, é desejável que a conversão do trajeto de fluxo para o gás de escapamento para fluir novamente através do captador absorvente seja feita quando a temperatura do gás de escapamento na entrada do captador absorvente for mais elevada do que a temperatura light-off, para assegurar que o gás de escapamento na entrada do conversor catalítico seja também acima da temperatura light-off. Após os hidrocarbonetos absorvidos pelo absorvente tenham sido liberados, isto é, o captador absorvente tenha sido regenerado, é desejável que o trajeto de fluxo seja novamente convertido a fim de deixar que o gás de escapamento desvie-se do captador absorvente, a fim de evitar exceder a temperatura operacional do captador de HC.

[0016] A invenção também provê um sistema captador de HC como descrito acima, em combinação com o sensor 45, para determinar a capacidade de armazenagem do oxigênio do sistema de captador de HC, e um módulo de controle eletrônico, de modo que o módulo de controle eletrônico, ao receber sinais do meio sensor, indicativos de capacidade de armazenagem de oxigênio, seja capaz de determinar se o componente OSC sacrificial foi exposto a uma temperatura em que o material do captador de HC tenha-se degradado.

[0017] A invenção adicionalmente provê um método para OBD de um captador de HC, compreendendo incorporar dentro do material de captador de HC um OSC sacrificial, cuja capacidade de armazenagem de oxigênio degrade-se em uma temperatura até cerca de 800 °C, e determinar medindo a capacidade de armazenagem de oxigênio do material captador de HC, preferivelmente em < cerca de 300 °C, se o captador de HC tiver sido exposto a uma temperatura em que o material captador de HC degradou-se e não é mais eficaz para coletagem HC, isto é, para satisfazer um padrão de emissão pertinente. A capacidade de armazenagem de oxigênio de um OSC ideal para uso no método OBD colapsar-se-ia no ou próximo do mesmo tempo que o captador de HC, p. ex., o componente zeólito, de modo que a redução da atividade OSC é uma indicação de uma significativa redução da funcionalidade do captador de HC, que pode ser sinalizada de modo que o captador de HC como um todo possa ser substituído. Isto pode ser visto para o captador de HC preferido do Exemplo 8 abaixo, em que o OSC Ag/CeO2 preferido mostra uma significativa redução na capacidade de armazenagem de oxigênio após envelhecimento a cerca de 800 a cerca de 900 °C, em relação ao material novo, e que tal redução na atividade OSC correlaciona-se com uma redução da eficiência de coletagem HC.

[0018] Outro aspecto importante de um OSC sacrificial para uso em um sistema OBD e método é a sensibilidade. Um captador de HC em um local de derivação é tipicamente comutado para fora do fluxo de gás de escapamento a abaixo de cerca de 350 °C, portanto um OSC sacrificial preferido para aplicações de desvio também terá sensibilidade OSC a < cerca de 350 °C. O OSC sacrificial Ag/CeO2 preferido provê capacidade de armazenagem de oxigênio verificável a < cerca de 350 °C (observe-se que a tendência em OSC medido a 200-350 °C) em relação a Ag sozinho ou CeÜ2 sozinho (vide Exemplo 7). A sensibilidade OSC verificável aumentada a < cerca de 350 °C permite determinação OBS mais precisa e a evitação de “falsos positivos” dispendiosos em sistemas tendo OSC menos sensível.

[0019] A pessoa hábil pode selecionar um OSC sacrificial adequadl para uso na presente invenção por experimentação de rotina, com referência à sensibilidade à temperatura do próprio material captador de HC para degradação. Entretanto, é presentemente sugerido que o OSC sacrificial é encontrado em óxidos misturados de cérias ou céria-zircônia, especialmente aqueles que não foram estabilizados, p. ex., com terras raras, e em certos óxidos misturados de manganês,tais como manganês-zircônias e manganês- titânias ou, preferivelmente, um manganês-aluminato. Tais OSCs de óxido misturado com manganês são descritos, por exemplo, na US 2004/0132615Al. Tais OSCs sacrificiais não são destinados a serem uma lista exaustiva.

[0020] Um captador de HC presentemente preferido, particularmente para uso em aplicações de derivação, compreende prata, uma fonte de cério e uma peneira molecular. Constatamos, muito surpreendentemente, que a prata reduz a temperatura em que a atividade OSC da fonte de cério pode ser medida, de modo que o OBD do captador de HC pode ser monitorado em exposição a mais baixa temperatura. Adicionalmente, a prata sinteriza pesadamente a cerca de 800 a cerca de 900 °C e haverá uma diminuição correspondente no nível do OSC, na mesma faixa de temperatura, haverá uma grande diminuição no desempenho de coletagem, portanto um sistema OBD pode mais facilmente determinar a condição do captador de hidrocarbonetos. A prata provê uma dupla função de (i) promover a adsorção HC no material de coletam HC; e (ii) promover o material OSC para prover resposta aperfeiçoada na faixa de temperatura associada com um captador de HC, opcionalmente disposto em um local de derivação.

[0021] Fontes adequadas de cério para uso na forma de realização preferida incluem céria (CeÜ2) como tal, céria-zircônia instabilizadas e sais de Ce solúveis suportados em componentes dentro da formulação de captador de HC, tal como o zeólito.

[0022] A peneira molecular pode ser um zeólito de aluminossilicato ou um isótipo tal como um SAPO. A invenção contempla misturas de uma ou mais diferentes peneiras moleculares, incluindo misturas de duas ou mais diferentes SAP e dois ou mais diferentes zeólitos de aluminossilicato, misturas de dois ou mais diferentes zeólitos de aluminossilicatl ou misturas de dois ou mais diferentes SAPs.

[0023] Peneiras moleculares adequadas para uso na presente invenção têm os Zeolite Association Códigos de tipo de estrutura MFI, BEA, FAU, MOR, FER, ERI, LTL e CHA. Arranjos presentemente preferidos combinam zeólitos de aluminossilicato ZSM-5 (MFI) e Beta (BEA). Zeólito Y (FAU) pode também ser usado.

[0024] As relações de sílica-para-alumina (SAR) das peneiras moleculares podem ser selecionadas como apropriadas para refletir o envelhecimento do captador de HC na faixa de temperatura de interesse, como também refletidas na redução de OSC, para prover maior sensibilidade para OBD. SARs adequadas para ZSM-5, por exemplo, são • cerca de 80, enquanto que as SARs preferidas para zeólito Beta são • cerca de 150.

[0025] O teor de prata do captador de HC preferido pra uso na invenção pode ser de cerca de 0,1 a cerca de 30 % em peso, preferivelmente cerca de 0,1 a cerca de 15 % em peso, cerca de 1 a cerca de 10 % em peso e cerca de 5 a cerca de 10 % em peso, com base no peso total do revestimento do captador de hidrocarbonetos. Nas formas de realização, a prata carregando no catalisador pode ser de cerca de 5 a cerca de 1750 g/pé3, preferivelmente cerca de 50 a cerca de 750 g/pé3 (g/28,32 dm3) ou cerca de 250 a cerca de 500 g/pé3 (g/28,32 dm3).

[0026] Em certas formas de realização, o conteúdo da fonte de cério pode ser de 1 a 75% em peso do revestimento, preferivelmente de cerca de 5 a cerca de 40, mais preferivelmente de cerca de 10 a cerca de 35 ou de cerca de 15 a cerca de 25 % em peso do revestimento. Em outras formas de realização, a fonte de cério pode ser de 0,1 a 10%.

[0027] A capacidade de armazenagem de oxigênio pode ser quantificada em mg por litro. Nas formas de realização, p. ex., a preferida forma de realização de captador de HC contendo prata, o OSC no estado fresco, é na faixa de cerca de 100 a cerca de 500 mg/1.

[0028] Acredita-se que a presente invenção pode ter aplicação particular para uso em conjuntos-motrizes híbridos, incluindo motores elétricos, isto é, aqueles incluindo um motor de combustão interna de ignição por centelha, que não é necessária e mecanicamente conectado às rodas durante um inteiro ciclo de acionamento. Para veículos convencionais incluindo um motor de combustão interna de ignição por centelha, que é mecanicamente conectado às rodas durante um inteiro ciclo de acionamento, as coletas de HC podem adsorver hidrocarbonetos em seguida a partida fria e dessorver hidrocarbonetos coletados para combustão em um catalisador de três-caminhos a jusante ou outro catalisador de oxidação. O captador de HC pode ser disposto em um arranjo de derivação, de modo que o captador de HC não seja exposto a temperaturas mais elevadas, após os hidrocarbonetos de partida fria terem sido dessorvidos. Um arranjo híbrido pode fazer com que um motor de ignição a centelha funcione de frio ou de “fresco” repetidamente através de um ciclo motriz, quando o veículo comuta de um modo de propulsão por bateria ou onde o motor é usado para gerar eletricidade para “carregar” uma bateria exaurida.

EXEMPLOS Exemplo 1 - Preparação do Captador de HC

[0029] Um revestimento de lavagem de captador de hidrocarboneto foi preparado misturando-se uma lama de beta-zeólito e uma lama de zeólito ZSM-5 com sílica coloidal para fornecer uma relação de 1:1:1 de beta:ZSM- 5:sílica em peso. Agua adicional e um modificador de reologia foram então adicionados ao revestimento de lavagem para produzir um Washcoat (revestimento de lavagem) A. O Washcoat A foi revestido sobre um substrato de favo de cerâmica de dimensões 4,16 x 4,5” (10,56 x 11,43 cm) com uma densidade de célula de 400/6, empregando-se o método descrito na US7147892 (Aderhold et al., 2006). O revestimento foi então secado a 100 °C e subsequentemente calcinado a 500 °C em ar para produzir captador de HC A. A carga de revestimento de lavagem do captador de HC A calcinado foi de 3 g/16,387 cm3.

Exemplo 2 - Preparação do Captador de HC

[0030] O revestimento de lavagem foi produzido adicionando-se uma céria não-dopada de elevada área de superfície ao Washcoat A. O Washcoat B foi revestido sobre um substrato cerâmico como descrito no Exemplo 1 para produzir captador de HC B. A carga de céria do Captador de HC calcinado foi de 0,6 g/16,387 cm3.

Exemplo 3 - Preparação do Captador de HC

[0031] O Washcoat C foi produzido adicionando-se nitrato de prata ao Waschcoat A. O Washcoat C foi revestido sobre um substrato cerâmico como descrito no Exemplo 1 para produzir Captador de HC C. A carga de prata do Captador de HC C calcinado foi de 250 g/28,32 dm3.

Exemplo 4 - Preparação do Captador de HC

[0032] O Washcoat D foi produzido adicionando-se nitrato de prata ao Washcoat B. O Wachcoat D foi revestido sobre um substrato de ceramic como descrito no Exemplo 1 para produzir o Captador de HC D. A carga de prata do Captador de HC D foi de 250 g/28,32 dm3.

Exemplo 5 - Envelhecimento do Captador de HC

[0033] Para determinar o desempenho dos captadores de hidrocarboneto após exposição a gás de escapamento de elevada temperatura os captadores de hidrocarboneto foram envelhecidos em uma atmosfera hidrotérmica. Esta atmosfera consistiu de 10% H2O, 2% O2 e o resto foi nitrogênio. O envelhecimento foi realizado por 5 horas a 800 ou 900 °C.

Exemplo 6 - Eficiência na Armazenagem do Captador de HC (hidrocarbonetos)

[0034] A eficiência de armazenagem dos hidrocarbonetos foi medida durante a partida fria de um veículo. Os captadores de HC A a D foram encaixados dentro do sistema de escapamento do veículo e o motor foi iniciado de frio, isto é, com o óleo do motor e o refrigerante do motor dentro de uma faixa de temperatura de 21,5 a 24,5 °C. A eficiência de armazenagem dos hidrocarbonetos foi calculada medindo-se a concentração dos hidrocarbonetos no gás de escapamento na entrada e saída do captador de HC, enquanto o motor estava funcionando ocioso por 20 segundos. A presença da prata significativamente melhora o desempenho de coletagem do HC (Tabela 1) Tabela 1. Eficiência de armazenagem do hidrocarboneto dos captadores de hidrocarboneto no estado fresco com e sem prata.

[0035] O envelhecimento como descrito no Exemplo 5 foi realizado nestes captadores de hidrocarboneto e a eficiência de armazenagem de hidrocarboneto foi medida. O benefício da prata foi menor após o envelhecimento a 800 °C e após o envelhecimento a 900 °C as amostras foram equivalentes (Tabela 2). Tabela 2.Eficiência de armazenagem de hidrocarboneto dos captadores de hidrocarboneto com e sem prata após envelhecimento hidrotérmico

Exemplo 7 - Eficiência Armazenagem Captador de HC (Oxigênio)

[0036] A armazenagem do oxigênio foi medida usando-se um gás de escapamento sintético trocando-se a estequiometria do gás de pobre para rica e medindo-se a quantidade de CO2 gerado. Este teste fornece um valor para a armazenagem de oxigênio utilizável do captador de hidrocarboneto sendo testado. Estas medições foram realizadas a 200, 250, 300 e 350 °C, temperaturas que um captador de hidrocarboneto em um sistema de derivação seria esperado tipicamente operar. Estas medições foram realizadas em um núcleo 1 x 3” retirado dos captadores de HC. Tabela 3.Mistura de gás para medição da capacidade de armazenagem do oxigênio

Tabela 4.Capacidade de armazenagem de oxigênio de Captadores de HC B, C e D, medidos em mg/1 do captador de hidrocarboneto

[0037] Um captador de HC contendo somente prata tem níveis muito baixos de OSC (Captador de HC C). Um captador de HC contendo somente céria tem baixos níveis de OSC em baixas temperaturas. O nível de OSC para Captador de HC B está começando a crescer a 350 °C, porém isto é na extremidade elevada da janela de temperatura operacional para um captador de HC em um sistema de derivação. O captador de HC D, que contém tanto prata como céria, tem altos níveis de armazenagem de oxigênio a 200 °C.

Exemplo 8 - Correlação Entre Eficiência HC e Capacidade OSC

[0038] O envelhecimento hidrotérmico do Captador de HC D resulta em uma diminuição mensurável no OSC ao mesmo tempo que a eficiência de coletagem de hidrocarboneto do Captador de HC está diminuindo a níveis em que não é mais suficiente para o veículo satisfazer a legislação de emissões pertinentes. Tabela 5. Eficiência de armazenagem de hidrocarboneto e OSC a 300 °C de Captadores de HC B, C e D no estado fresco e após envelhecimento hidrotérmico a 800 e 900 °C

[0039] As eficiências de hidrocarboneto e as capacidades de armazenagem de oxigênio dos Captadores de HC B, C e D, mostradas na Tabela 5, realçam o benefício desta invenção.

[0040] O captador de HC B contém uma fonte de céria porém não prata. A eficiência de armazenagem HC é baixa e há muito pouco OSC em baixas temperaturas.

[0041] O captador de HC C contém prata, porém nenhuma fonte de céria. A eficiência de armazenagem de HC fresco é boa e pode claramente ser vista deteriorar à medida que o captador de HC é envelhecido, porém o OSC é baixo e não há mudança significativa no OSC quando o captador de HC é envelhecido. Como não há mudança significativa no OSC nesta faixa de baixa temperatura, a condição do captador de HC não pode ser determinada usando- se métodos de diagnóstico embarcado convencionais.

[0042] O captador de HC D contém tanto uma fonte de céria como de prata. A armazenagem HC é boa como no caso do Captador de HC C, porém, ao contrário dos Captadores de HC B e C, o OSC do Captador de HC D é também muito elevado em baixa temperatura. O OSC do Captador de HC D deteriora-se significativamente no envelhecimento hidrotérmico a 800°C quando a eficiência de armazenagem HC do captador de HC também se deteriora. Esta grande mudança do OSC do Captador de HC D pode ser medida por métodos diagnósticos embarcado convencionais.

[0043] A pessoa hábil pode projetar e construir um sistema de coletagem HC e incorporar meios sensores e módulos de controle eletrônico (ECM (quer um ECM separado ou por funcionalidade programada adicional de um ECM OBD existente)) empregando equipamento e tecnologia existentes. A pessoa hábil pode utilizar técnicas de otimização convencional para fornecer os melhores resultados para um motor particular.

Claims

1. Sistema para tratar gás de escapamento gerado por um motor de ignição por centelha (20), o sistema caracterizado pelo fato de compreender: a. um captador de hidrocarboneto (captador de HC) (50) compreendendo pelo menos uma peneira molecular absorvedora de hidrocarboneto e um componente de armazenagem de oxigênio sacrificial (OSC), em que o OSC é selecionado para perder pelo menos uma parte de sua capacidade de armazenagem de oxigênio em uma temperatura abaixo da temperatura operacional do material absorvedor de hidrocarboneto; b. um catalisador de três-caminhos (TWC) (60); c. um conduto de fluxo transpassante (30) para direcionar o fluxo do gás de escapamento, em que o conduto de fluxo transpassante (30) fica em comunicação fluida com o motor de ignição por centalha (20) e com o TWC (60); e, d. um conduto de desvio (42) tendo um orifício de entrada (41) em comunicação fluida com o conduto de fluxo transpassante (30) e o Captador de HC (50), em que o orifício de entrada (41) é disposto a montante do Captador de HC (50) e de TWC (60), e um orifício de saída (43) em comunicação fluida com o Captador de HC (50) e o conduto de fluxo transpassante (30), em que o orifício de saída (43) é disposto a jusante do Captador de HC (50) e a montante do TWC (60).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma peneira molecular absorvedora de hidrocarboneto ser selecionada dos Códigos de tipo de estrutura consistindo de MFI, BEA, FAU, MOR, FER, ERI, LTL e CHA e misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a ou cada peneira molecular ser um zeólito de aluminossilicato ou um SAPO.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o OSC sacrificial degradar-se em uma temperatura operacional abaixo de cerca de 800 °C.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o captador de HC (50) compreender prata.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o OSC sacrificial compreender uma fonte de cério.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a fonte de cério ser selecionada de um sal de cério suportado, céria em massa (CeÜ2) ou céria-zircônia instabilizada.

8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o OSC sacrificial compreender manganês- titânia.

9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o OSC sacrificial compreende manganês- aluminato.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de o OSC sacrificial prover atividade OSC detectável em um catalisador fresco a < cerca de 300 °C.

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda um sensor para determinar a capacidade de armazenagem de oxigênio do sistema captador de HC e um módulo de controle eletrônico, de modo que o módulo de controle eletrônico, no recebimento de sinais do meio sensor indicativo de capacidade de armazenagem de oxigênio, é capaz de determinar se o OSC sacrificial foi exposto a uma temperatura em que o material captador de HC degradou-se.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o captador de HC (50) ser comutável para ficar em-linha com respeito ao fluxo de gás de escapamento, quando dito gás de escapamento tiver uma temperatura próxima da temperatura operacional máxima do captador de HC (50) e for comutável para ficar fora-de-linha com respeito ao fluxo de gás de escapamento, quando dito gás de escapamento tiver uma temperatura menor do que a temperatura operacional máxima do captador de HC (50).

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um segundo TWC disposto a jusante de dito orifício de entrada de dito Captador de HC (50).

14. Método para Diagnóstico Embarcado (OBD) de um captador de HC, caracterizadopelo fato de compreender incorporar dentro do material captador de HC um OSC sacrificial, cuja capacidade de armazenagem de oxigênio degrada em uma temperatura até cerca de 800 °C, e determinar por medição a capacidade de armazenagem de oxigênio do material captador de HC, se o captador de HC (50) tiver sido exposto a uma temperatura em que o material captador de HC degradou-se e não é mais eficaz para coleta de HC.