BRPI1013977B1

BRPI1013977B1 - sistema de purificação de escapamento de motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI1013977B1
Application number: BRPI1013977-0A
Authority: BR
Inventors: Hiromasa Nishioka; Kohei Yoshida; Yoshihisa Tsukamoto; Yuki Bisaiji; Junichi Matsuo; Takamitsu Asanuma
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2020-08-18
Also published as: JP5196024B2; EP2460992B1; JPWO2012014330A1; US9108153B2; ES2707591T3; US20130121885A1; CN102985647A; WO2012014330A1; EP2460992A1; BRPI1013977A2; CN102985647B; EP2460992A4

Abstract

SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ESCAPAMENTO DE MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA. A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna, dentro de uma passagem de escapamento do motor, uma válvula de alimentação de hidrocarboneto (15) e um catalisador para tratamento de escapamento (13) são dispostos. Em um substrato (45) do catalisador para tratamento de escapamento (13), uma camada de revestimento compreendida de pelo menos duas camadas de uma camada de revestimento de topo (46) e uma camada de revestimento de fundo (47) é formada. A camada de revestimento de topo (46) é compreendida de um catalisador de purificação de escapamento para reagir o NOx contido no gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados, enquanto a camada de revestimento de fundo (47) é compreendida de um catalisador para absorção de NOx. A concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento (13) é vibrada em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período. Devido a isso, o NOx contido no gás de escapamento e o NOx dessorvido do catalisador para absorção de NOx (47) são reduzidos no catalisador de purificação de escapamento (46).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] É conhecido na técnica um motor de combustão interna que dispõe, em uma passagem de escapamento do motor, de um catalisador para armazenamento de NOX que armazena NOX que está contido no gás de escapamento quando a relação ar/combustível do gás de escapamento de entrada é pobre e o qual libera o NOX armazenado quando a relação ar/combustível do gás de escapamento de entrada se torna rica, o qual dispõe, na passagem de escapamento do motor a montante do catalisador para armazenamento de NOX, de um catalisador de oxidação que possui uma função de adsorção, e que abastece com hidrocarbonetos a passagem de escapamento do motor a montante do catalisador de oxidação para tornar a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para armazenamento de NOX rica quando libera NOX do catalisador para armazenamento de NOX (por exemplo, vide Literatura de Patente 1).

[0003] Neste motor de combustão interna, os hidrocarbonetos que são abastecidos quando se libera NOX do catalisador para armazenamento de NOX são tornados hidrocarbonetos gasosos no catalisador de oxidação, e os hidrocarbonetos gasosos são fornecidos ao catalisador para armazenamento de NOX. Como um resultado, o NOX que é liberado do catalisador para armazenamento de NOX é bem reduzido.

LISTA DE CITAÇÃO

[0004] Literatura de Patente

[0005] Literatura de Patente 1: Patente Japonesa N° 3969450

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA DA TÉCNICA

[0006] Este catalisador para armazenamento de NOX pode fornecer uma excelente taxa de purificação de NOX se o catalisador for ativado. No entanto, existe o problema de que quando o catalisador para armazenamento de NOX se torna uma temperatura alta, a taxa de purificação de NOX cai.

[0007] Um objeto da presente invenção é fornecer um sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna que considere o tratamento para NOX antes da ativação de um catalisador de purificação de escapamento e que possa dar uma alta taxa de purificação de NOX mesmo se a temperatura do catalisador de purificação de escapamento se tornar uma alta temperatura.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0008] De acordo com a presente invenção, fornece-se um sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna no qual um catalisador para tratamento de escapamento é disposto dentro de uma passagem de escapamento do motor, uma camada de revestimento compreendida de pelo menos duas camadas de uma camada de revestimento de topo e uma camada de revestimento de fundo é formada em um substrato do catalisador para tratamento de escapamento, a camada de revestimento de topo é compreendida de um catalisador de purificação de escapamento para reagir NOX contido no gás de escapamento e hidrocarbonetos reformados, um catalisador de metal precioso é conduzido em uma superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento e uma parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica é formada ao redor do catalisador de metal precioso, o catalisador de purificação de escapamento tem uma propriedade de reduzir o NOX que está contido no gás de escapamento se estiver causando vibração de uma concentração de hidrocarbonetos que fluem no catalisador para tratamento de escapamento por dentro de uma faixa predeterminada de amplitude e dentro de uma faixa predeterminada de período e tem uma propriedade de ser aumentado em quantidade de armazenamento de NOx que está contido no gás de escapamento se aumentar o comprimento do período de vibração da concentração de hidrocarboneto mais do que a faixa predeterminada, a camada de revestimento de fundo é compreendida de um catalisador para absorção de NOx que absorve o NOX contido no gás de escapamento e dessorve o NOx absorvido se a temperatura aumentar, no momento da operação do motor, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento é posta para vibrar na dita faixa predeterminada de amplitude e na dita faixa predeterminada de período e, desse modo, o NOX contido no gás de escapamento e o NOX dessorvido do catalisador para absorção de NOx são reduzidos.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0009] Mesmo se a temperatura do catalisador de purificação de escapamento se tornar uma alta temperatura, uma alta taxa de purificação de NOX pode ser obtida. Também, quando a temperatura do catalisador de purificação de escapamento for baixa, o NOX que está contido no gás de escapamento pode ser absorvido no catalisador para absorção de NOX.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00010] A figura 1 é uma vista geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por compressão.

[00011] As figuras 2A e 2B são vistas que mostram esquematicamente uma parte da superfície de um catalisador.

[00012] A figura 3 é uma vista para explicar uma reação de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00013] A figura 4 é uma vista que mostra as alterações na relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento.

[00014] A figura 5 é uma vista que mostra uma taxa de purificação de NOx.

[00015] As figuras 6A e 6B são vistas para explicar uma reação de redução de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00016] As figuras 7A e 7B são vistas para explicar uma reação de redução de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00017] A figura 8 é uma vista que mostra as alterações na relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento.

[00018] A figura 9 é uma vista de uma taxa de purificação de NOX.

[00019] A figura 10 é um gráfico de tempo que mostra as alterações na relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento.

[00020] A figura 11 é um gráfico de tempo que mostra as alterações na relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento.

[00021] A figura 12 é uma vista que mostra uma relação entre uma força oxidante de um catalisador de purificação de escapamento e uma relação ar/combustível com mínima demanda X.

[00022] A figura 13 é uma vista que mostra uma relação entre uma concentração de oxigênio no gás de escapamento e uma amplitude ΔH de uma concentração de hidrocarboneto que dá a mesma taxa de purificação de NOX.

[00023] A figura 14 é uma vista que mostra uma relação entre uma amplitude ΔH de uma concentração de hidrocarboneto e uma taxa de purificação de NOX.

[00024] A figura 15 é uma vista que mostra uma relação de um período de vibração ΔT de uma concentração de hidrocarboneto e uma taxa de purificação de NOX.

[00025] A figura 16 é uma vista que mostra um mapa da quantidade de alimentação de hidrogênio W.

[00026] A figura 17 é uma vista que mostra uma relação entre uma temperatura de um catalisador para absorção de HC e uma quantidade de adsorção de HC.

[00027] A figura 18 é uma vista que mostra esquematicamente uma parte da superfície de um veículo catalisador de um catalisador para absorção de HC.

[00028] A figura 19A e a figura 19B são vistas para explicar as ações de adsorção e dessorção de NOX.

[00029] A figura 20 é uma vista que mostra o controle de alimentação de hidrocarbonetos.

[00030] A figura 21 é uma vista que mostra esquematicamente uma parte da superfície de um substrato de um catalisador para tratamento de escapamento que mostra uma outra modalidade.

[00031] A figura 22 é uma vista que mostra esquematicamente uma parte da superfície de um substrato de um catalisador para tratamento de escapamento que mostra ainda uma outra modalidade.

[00032] A figura 23 é uma vista que mostra esquematicamente uma parte da superfície de um substrato de um catalisador para tratamento de escapamento que mostra ainda uma outra modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[00033] A figura 1 é uma vista geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por compressão.

[00034] Referindo-se à figura 1, 1 indica um corpo do motor, 2 uma câmara de combustão de cada cilindro, 3 um injetor de combustível eletronicamente controlado para injetar combustível em cada câmara de combustão 2, 4 um coletor de admissão, e 5 um coletor de escapamento. O coletor de admissão 4 é conectado através de um duto de admissão 6 a uma saída de um compressor 7a de um turbocarregador de escapamento 7, enquanto uma entrada do compressor 7a é conectada através de um detector de quantidade de ar de admissão 8 a um depurador de ar 9. Dentro do duto de admissão 6, uma válvula de estrangulamento 10 acionada por um motor do sincronizador é disposta. Ademais, ao redor do duto de admissão 6, um dispositivo de resfriamento 11 é disposto para resfriar o ar de admissão que flui através da parte de dentro do duto de admissão 6. Na modalidade mostrada na figura 1, a água para resfriar o motor é guiada para a parte de dentro do dispositivo de resfriamento 11 onde a água para resfriar o motor é usada para resfriar o ar de admissão.

[00035] Por outro lado, o coletor de escapamento 5 é conectado a uma entrada de uma turbina de escapamento 7b do turbocarregador de escapamento 7. A saída da turbina de escapamento 7b é conectada através de um cano de escapamento 12 a uma entrada do catalisador para tratamento de escapamento 13, enquanto a saída do catalisador para tratamento de escapamento 13 é conectada a um filtro de particulado 14 para reter o particulado que está contido no gás de escapamento. Dentro do cano de escapamento 12 a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13, uma válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é disposta para fornecer hidrocarbonetos compreendidos de óleo diesel ou outro combustível usado como combustível para um motor de combustão interna do tipo de ignição por compressão. Na modalidade mostrada na figura 1, o óleo diesel é usado como os hidrocarbonetos que são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15. Nota-se que, a presente invenção também pode ser aplicada em um motor de combustão interna do tipo por ignição de centelha no qual o combustível é queimado sob uma pobre relação ar/combustível. Neste caso, a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, os hidrocarbonetos compreendidos de gasolina ou outro combustível usado como combustível de um motor de combustão interna do tipo por ignição de centelha são fornecidos.

[00036] Por outro lado, o coletor de escapamento 5 e o coletor de admissão 4 são conectados entre si através de uma passagem de recirculação de gás de escapamento 16 (daqui em diante referida como uma "EGR"). Dentro da passagem de EGR 16, uma válvula de controle de EGR eletronicamente controlada 17 é disposta. Ademais, ao redor da passagem de EGR 16, um dispositivo de resfriamento 18 é disposto para resfriar o gás de EGR que flui através da parte de dentro da passagem de EGR 16. Na modalidade mostrada na figura 1, a água para resfriar o motor é guiada para a parte de dentro do dispositivo de resfriamento 18 onde a água para resfriar o motor é usada para resfriar o gás de EGR. Por outro lado, cada injetor de combustível 3 é conectado através de um tubo de alimentação de combustível 19 a um trilho comum 20. Este trilho comum 20 é conectado através de uma bomba de combustível de descarga variável eletronicamente controlada 21 a um tanque de combustível 22. O combustível que é armazenado dentro do tanque de combustível 22 é fornecido pela bomba de combustível 21 para a parte de dentro do trilho comum 20. O combustível que é fornecido para a parte de dentro do trilho comum 20 é fornecido através de cada tubo de alimentação de combustível 19 para o injetor de combustível 3.

[00037] Uma unidade de controle eletrônico 30 é compreendida de um computador digital fornecido com uma ROM (memória apenas de leitura) 32, uma RAM (memória de acesso aleatório) 33, uma CPU (microprocessador) 34, uma porta de entrada 35, e uma porta de saída 36, que são conectadas entre si por um condutor geral bidirecional 31. A jusante do catalisador para tratamento de escapamento 13, um sensor de temperatura 23 é preso para detectar a temperatura do gás de escapamento. O filtro de particulado 14 tem um sensor de pressão diferencial 24 preso para detectar a pressão diferencial antes e depois do filtro de particulado 14. Os sinais de saída desse sensor de temperatura 23, sensor de pressão diferencial 24, e detector de quantidade de ar de admissão 8 são inseridos através dos conversores AD correspondentes 37 para a porta de entrada 35. Ademais, um pedal do acelerador 40 tem um sensor de carga 41 conectado a ele que gera uma voltagem de saída proporcional à quantidade de depressão L do pedal do acelerador 40. A voltagem de saída do sensor de carga 41 é inserida através de um conversor AD correspondente 37 na porta de entrada 35. Ademais, na porta de entrada 35, um sensor de ângulo da manivela 42 é conectado, o qual gera um pulso de saída toda vez que um eixo de manivela gira por, por exemplo, 15°. Por outro lado, a porta de saída 36 é conectada através de circuitos de acionamento correspondentes 38 a cada injetor de combustível 3, motor do sincronizador para acionar a válvula de estrangulamento 10, válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, válvula de controle de EGR 17 e bomba de combustível 21.

[00038] A figura 2A mostra esquematicamente uma parte da superfície de um substrato do catalisador para tratamento de escapamento 13. Este substrato 45 é, por exemplo, compreendido de cordierita. Neste substrato 45, uma camada de revestimento compreendida de pelo menos duas camadas de uma camada de revestimento de topo 46 e uma camada de revestimento de fundo 47 é formada. Na modalidade mostrada na figura 2A, a camada de revestimento de topo 46 é compreendida de um agregado em pó. Esta camada de revestimento de topo 46 forma um catalisador de purificação de escapamento para remover NOX. Portanto, primeiro, este catalisador de purificação de escapamento 46 e um novo método de purificação de NOx que usa este catalisador de purificação de escapamento 46 será explicado.

[00039] A figura 2B mostra esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador de pós que formam o catalisador de purificação de escapamento 46. Neste catalisador de purificação de escapamento 46, conforme mostrado na figura 2B, por exemplo, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 são conduzidos em um veículo catalisador 50 feito de alumina. Ademais neste veículo catalisador 50, uma camada básica 53 é formada, a qual inclui pelo menos um elemento selecionado a partir de potássio K, sódio Na, césio Cs, ou um outro tal como metal álcali, bário Ba, cálcio Ca, ou um outro, tal como metal álcali terroso, um lantanóide ou uma outra tal terra rara e prata Ag, cobre Cu, ferro Fe, irídio Ir, ou um outro metal capaz de doar elétrons para o NOX. O gás de escapamento flui ao longo do topo do veículo catalisador 50, então, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 podem ser ditos para serem carregados na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento 46. Ademais, a superfície da camada básica 53 exibe basicidade, então a superfície da camada básica 53 é chamada de a parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54.

[00040] Por outro lado, na figura 2, o catalisador de metal precioso 51 é compreendido de platina Pt, enquanto o catalisador de metal precioso 52 é compreendido de ródio Rh. Ou seja, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 que são carregados no veículo catalisador 50 são compreendidos de platina Pt e ródio Rh. Nota-se que, no veículo catalisador 50 do catalisador de purificação de escapamento 46, além da platina Pt e do ródio Rh, paládio Pd pode ser adicionalmente carregado. Alternativamente, em vez de ródio Rh, o paládio Pd pode ser carregado. Ou seja, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 que são carregados no veículo catalisador 50 são compreendidos de platina Pt e de pelo menos um de ródio Rh e de paládio Pd.

[00041] Se os hidrocarbonetos forem injetados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 no gás de escapamento, os hidrocarbonetos são reformados pelo catalisador de purificação de escapamento 46. Na presente invenção, neste momento, os hidrocarbonetos reformados são usados para remover o NOX no catalisador de purificação de escapamento 46. A figura 3 mostra esquematicamente a ação de reformar desempenhada no catalisador de purificação de escapamento 46 neste momento. Conforme mostrado na figura 3, os hidrocarbonetos HC que são injetados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 se tornam hidrocarbonetos HC radicais com uma pequena quantidade de carbono pelo catalisador 51.

[00042] Nota-se que, mesmo injetando-se combustível, ou seja, hidrocarbonetos, do injetor de combustível 3 para a câmara de combustão 2 durante a última metade do curso de expansão ou durante o curso de escapamento, os hidrocarbonetos são reformados dentro da câmara de combustão 2 ou no catalisador de purificação de escapamento 46, e o NOX que está contido no gás de escapamento é removido pelos hidrocarbonetos modificados no catalisador de purificação de escapamento 46. Portanto, na presente invenção, em vez de fornecer os hidrocarbonetos da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 para dentro da passagem de escapamento do motor, também é possível fornecer os hidrocarbonetos para a câmara de combustão 2 durante a última metade do curso de expansão ou durante o curso de escapamento. Deste modo, na presente invenção, também é possível fornecer hidrocarbonetos para a parte de dentro da câmara de combustão 2, mas, abaixo, a presente invenção é explicada tomando como um exemplo o caso de injetar hidrocarbonetos da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 para dentro da passagem de escapamento do motor.

[00043] A figura 4 mostra o tempo de fornecer hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 e as alterações na relação ar/combustível (A/F)indo gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13. Nota-se que, as alterações na relação ar/combustível (A/F)in dependem da alteração na concentração dos hidrocarbonetos no gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13, então, pode-se dizer que a alteração na relação ar/combustível (A/F)in mostrada na figura 4 expressa a alteração na concentração dos hidrocarbonetos. No entanto, se a concentração de hidrocarboneto se tornar mais alta, a relação ar/combustível (A/F)in se torna menor, então, na figura 4, quanto mais rica a relação ar/combustível (A/F)in se torna, maior a concentração de hidrocarboneto.

[00044] A figura 5 mostra a taxa de purificação de NOx pelo catalisador para tratamento de escapamento 13 com relação às temperaturas do catalisador do catalisador de purificação de escapamento 46 quando se faz, periodicamente, com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 se altere de modo a, conforme mostrado na figura 4, fazer com que a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui para o catalisador para tratamento de escapamento 13 se altere. Os inventores se envolveram na pesquisa relacionada à purificação de NOX por muito tempo. No processo de pesquisa, eles aprenderam que se fizer com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador de purificação de escapamento 46 vibre em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período, conforme mostrado na figura 5, uma taxa de purificação de NOX extremamente alta é obtida mesmo em uma região de alta temperatura de 400° C ou maior.

[00045] Ademais, neste momento, uma grande quantidade de intermediário redutor que contém nitrogênio e hidrocarbonetos continua a ser retida ou adsorvida na superfície da camada básica 53, ou seja, na parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 do catalisador de purificação de escapamento 46. Aprende-se que este intermediário redutor desempenha um papel central na obtenção de uma alta taxa de purificação de NOX. Em seguida, isso será explicado, com referência às figuras 6A e 6B. Nota-se que, essas figuras 6A e 6B mostram esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador 50 do catalisador de purificação de escapamento 46. Essas figuras 6A e 6B mostram a reação que é presumida de ocorrer quando a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador de purificação de escapamento 13 é posta para vibrar em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período.

[00046] A figura 6A mostra quando a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 é baixa, enquanto a figura 6B mostra quando os hidrocarbonetos são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 e a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 se torna alta.

[00047] Agora, conforme será compreendido a partir da figura 4, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 é mantida pobre exceto por um instante, então o gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 normalmente se torna um estado de excesso de oxigênio. Portanto, o NO que está contido no gás de escapamento, conforme mostrado na figura 6A, é oxidado na platina 51 e se torna NO2. Em seguida, este NO2 é abastecido com elétrons da platina 51 e se torna NO2". Portanto, uma grande quantidade de NÜ2" é produzida na platina 51. Este NÜ2’ é forte em atividade. Acima, este NO2- é chamado de NO2* ativo.

[00048] Por outro lado, se os hidrocarbonetos forem alimentados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, conforme mostrado na figura 3, os hidrocarbonetos são reformados e se tornam radicalizados dentro do catalisador de purificação de escapamento 46. Como um resultado, conforme mostrado na figura 6B, a concentração de hidrocarboneto ao redor do NO2* ativo se torna maior. Neste sentido, depois de o NO2* ativo ser produzido, se o estado de uma alta concentração de oxigênio ao redor do NO2* ativo continuar por um tempo predeterminado ou mais, o NO2* ativo é oxidado e é absorvido na camada básica 53 na forma de íons de nitrato NOa’. No entanto, se a concentração de hidrocarboneto ao redor do NO2* ativo foi maior antes deste tempo predeterminado passar, conforme mostrado na figura 6B, o NO2‘ ativo reage na platina 51 com os hidrocarbonetos HC radicais por meio do que um intermediário redutor é produzido. Este intermediário redutor é aderido ou adsorvido na superfície da camada básica 53.

[00049] Nota-se que, neste momento, o primeiro intermediário redutor produzido é considerado como sendo um composto de nitro R- NO2. Se este composto de nitro R-NO2 for produzido, o resultado se torna um composto de nitrila R-CN, mas este composto de nitrila R-CN só pode sobreviver por um instante neste estado, então, imediatamente se torna um composto de isocianato R-NCO. Se este composto de isocianato R-NCO for hidrolisado, ele se torna um composto de amina R-NH2. No entanto, neste caso, o que é hidrolisado é considerado como sendo parte do composto de isocianato R-NCO. Portanto, conforme mostrado na figura 6B, acredita-se que a maioria do intermediário redutor que é retido ou adsorvido na superfície da camada básica 53 seja o composto de isocianato R-NCO e o composto de amina R-NH2.

[00050] Por outro lado, conforme mostrado na figura 6B, se o intermediário redutor produzido por circundado pelos hidrocarbonetos HC, o intermediário redutor é bloqueado pelos hidrocarbonetos HC e a reação não irá proceder ainda mais. Neste caso, se a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 for reduzida e, desse modo, a concentração de oxigênio se tornar maior, os hidrocarbonetos ao redor do intermediário redutor serão oxidados. Como um resultado, conforme mostrado na figura 6A, o intermediário redutor e o NO2* ativo irão reagir. Neste momento, o NO2* ativo reage com o intermediário redutor R-NCO ou R- NH2 para formar N2, CO2, e H2O e, consequentemente, o NOx é removido.

[00051] Deste modo, no catalisador de purificação de escapamento 46, ao tornar a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 maior, um intermediário redutor é produzido. Ao tornar a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 menor e aumentando- se a concentração de oxigênio, o NO2* ativo reage com o intermediário redutor e o NOX é removido. Ou seja, a fim de o catalisador de purificação de escapamento 46 remover o NOX, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 tem que ser periodicamente alterada.

[00052] Logicamente, neste caso, é necessário aumentar a concentração de hidrocarbonetos para uma concentração suficientemente alta para produzir o intermediário redutor e é necessário reduzir a concentração de hidrocarbonetos para uma concentração suficientemente baixa para fazer com que o intermediário redutor produzido reaja com o NCV ativo. Ou seja, é necessário fazer com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 vibre em uma faixa predeterminada de amplitude. Nota-se que, neste caso, é necessário reter uma quantidade suficiente de intermediário redutor R-NCO ou R-NH2 na camada básica 53, ou seja, a parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 24, até que o intermediário redutor produzido reaja com o NO2* ativo. Por esta razão, a parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 24 é fornecida.

[00053] Por outro lado, se alongar o período de alimentação dos hidrocarbonetos, o tempo no qual a concentração de oxigênio se torna maior se tornar mais longo no período depois de os hidrocarbonetos serem alimentados até que os hidrocarbonetos sejam alimentados em seguida. Portanto, o NO2* ativo é absorvido na camada básica 53 na forma de nitratos sem produzir um intermediário redutor. Para evitar isso, é necessário fazer com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 vibre em uma faixa predeterminada de período.

[00054] Portanto, em uma modalidade da presente invenção, fazer com que o NOx contido no gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados reajam e produzam o intermediário redutor R-NCO ou R- NH2 que contém nitrogênio e hidrocarbonetos, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 são conduzidos na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento 46. Para reter o intermediário redutor produzido R-NCO ou R-NH2 dentro do catalisador para tratamento de escapamento 13, uma parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 é formada ao redor dos catalisadores de metal precioso 51 e 52. Devido à ação de reduzir do intermediário redutor R-NCO ou R-NH2 que é retido na parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54, o NOX é reduzido. O período de vibração da concentração de hidrocarboneto é feito o período de vibração exigido para a continuação da produção do intermediário redutor R-NCO ou R-NH2. Incidentalmente, no exemplo mostrado na figura 4, o intervalo de injeção é feito de 3 segundos.

[00055] Se o período de vibração da concentração de hidrocarboneto, ou seja, o período de alimentação dos hidrocarbonetos HC, for mais longo do que a faixa predeterminada acima de período, o intermediário redutor R-NCO ou R-NH2 desaparece da superfície da camada básica 53. Neste momento, o NO2* ativo que é produzido na platina Pt 53, conforme mostrado na figura 7A, se dispersa na camada básica 53 na forma de íons de nitrato NOa" e se torna nitratos. Ou seja, neste momento, o NOx no gás de escapamento é absorvido na forma de nitratos dentro da camada básica 53.

[00056] Por outro lado, a figura 7B mostra o caso onde a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador de purificação de escapamento 13 é feita a relação ar/combustível estequiométrica ou rica quando o NOx é absorvido na forma de nitratos dentro da camada básica 53. Neste caso, a concentração de oxigênio no gás de escapamento cai, então a reação prossegue na direção oposta (NO3->NO2) e, consequentemente, os nitratos absorvidos na camada básica 53 se tornam íons de nitrato NOa" um por um e, conforme mostrado na figura 7B, são liberados da camada básica 53 na forma de NO2. Em seguida, o NO2 liberado é reduzido pelos hidrocarbonetos HC e CO contidos no gás de escapamento.

[00057] A figura 8 mostra o caso de tornar a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 temporariamente rica um pouco antes da habilidade de absorção de NOX da camada básica 53 se tornar saturada. Nota-se que, no exemplo mostrado na figura 8, o intervalo de tempo deste controle rico é de 1 minuto ou mais. Neste caso, o NOX que foi absorvido na camada básica 53 quando a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento ficou pobre é liberado todo de uma vez da camada básica 53 e reduzido quando a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento é feita temporariamente rica. Portanto, neste caso, a camada básica 53 desempenha o papel de um absorvente para absorver temporariamente o NOX.

[00058] Nota-se que, neste momento, às vezes a camada básica 53 adsorve temporariamente o NOX. Portanto, se usar o termo de armazenamento como um termo que inclui tanto a absorção quanto a adsorção, neste momento, a camada básica 53 desempenha o papel de um agente de armazenamento de NOX para armazenar temporariamente o NOX. Ou seja, neste caso, se a relação de ar e combustível (hidrocarbonetos) que são fornecidos para a passagem de admissão do motor, as câmaras de combustão 2, e a passagem de escapamento a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13 é chamada de a relação ar/combustível do gás de escapamento, o catalisador de purificação de escapamento 46 funciona como um catalisador para armazenamento de NOX que armazena o NOX quando a relação ar/combustível do gás de escapamento é pobre e libera o NOX armazenado quando a concentração de oxigênio no gás de escapamento cai.

[00059] A figura 9 mostra a taxa de purificação de NOX quando se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 46 funcione como um catalisador para armazenamento de NOX, deste modo. Nota-se que, a abscissa da figura 9 mostra a temperatura do catalisador TC do catalisador de purificação de escapamento 46. Quando se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 46 funcione como um catalisador para armazenamento de NOX, conforme mostrado na figura 9, quando a temperatura do catalisador TC é 300°C a 400°C, uma taxa de purificação extremamente alta de NOX é obtida, mas quando a temperatura do catalisador TC se tornar uma alta temperatura de 400°C ou maior, a taxa de purificação de NOX cai.

[00060] Deste modo, quando a temperatura do catalisador TC se tornar 400°C ou mais, a taxa de purificação de NOX cai porque se a temperatura do catalisador TC se tornar 400°C ou mais, os nitratos se quebram através do calor e são liberados na forma de NO2 do catalisador de purificação de escapamento 46. Ou seja, contanto que se armazene NOX na forma de nitratos, quando a temperatura do catalisador TC for maior, é difícil de obter uma alta taxa de purificação de NOx. No entanto, no novo método de purificação de NOX mostrado a partir da figura 4 às figuras 6A e 6B, conforme será compreendido a partir das figuras 6A e 6B, os nitratos não são formados ou mesmo se forem formados são extremamente finos em quantidade, consequentemente, conforme mostrado na figura 5, mesmo quando a temperatura do catalisador TC for alta, uma alta taxa de purificação de NOx é obtida.

[00061] Ou seja, o método de purificação de NOX que é mostrado a partir da figura 4 às figuras 6A e 6B pode ser dito como um novo método de purificação de NOX projetado para remover NOX sem formar quase nenhum nitrato no caso de usar um catalisador de purificação de escapamento que carrega um catalisador de metal precioso e forma uma camada básica que pode absorver NOX. De fato, quando se usa este novo método de purificação de NOX, os nitratos que são detectados da camada básica 53 se tornam muito menores em quantidade comparados com o caso onde se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 46 funcione como um catalisador para armazenamento de NOX.

[00062] Em seguida, referindo-se à figura 10 à figura 15, o novo método de purificação de NOX que é mostrado na figura 4 às figuras 6A e 6B será explicado em um pouco mais de detalhes.

[00063] A figura 10 mostra alargada a alteração na relação ar/combustível (AZF)indentro mostrada na figura 4. Nota-se que, conforme explicado acima, a alteração na relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui neste catalisador para tratamento de escapamento 13 simultaneamente mostra a alteração na concentração dos hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13. Nota-se que, na figura 10, ΔH mostra a amplitude da alteração na concentração de hidrocarbonetos HC que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13, enquanto ΔT mostra o período de vibração da concentração dos hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13.

[00064] Ademais, na figura 10, a (A/F)b mostra a relação base ar/combustível que mostra a relação ar/combustível do gás de combustão para gerar a saída do motor. Em outras palavras, esta relação base ar/combustível (A/F)b mostra a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 quando se para o fornecimento de hidrocarbonetos. Por outro lado, na figura 10, X mostra o limite superior da relação ar/combustível (A/F)in que é usado para produzir o intermediário redutor sem o NO2* ativo produzido que é armazenado na forma de nitratos dentro da camada básica 53. Para fazer com que o NÜ2* ativo e os hidrocarbonetos reformados reajam e produzam o intermediário redutor, é necessário tornar a relação ar/combustível (A/F)in menor do que o limite superior X desta relação ar/combustível.

[00065] Em outras palavras, na figura 10, X mostra o limite inferior da concentração de hidrocarbonetos exigida para fazer com que o NO2* ativo e o hidrocarboneto reformado reajam para produzir um intermediário redutor. Para produzir o intermediário redutor, a concentração de hidrocarbonetos tem que ser maior do que este limite inferior X. Neste caso, se o intermediário redutor for produzido é determinado pela relação da concentração de oxigênio e a concentração de hidrocarboneto ao redor do NO2* ativo, ou seja, a relação ar/combustível (A/F)in. O limite superior X da relação ar/combustível exigida para produzir o intermediário redutor será chamada, abaixo, de relação ar/combustível com demanda mínima.

[00066] No exemplo mostrado na figura 10, a relação ar/combustível com demanda mínima X é rica, portanto, neste caso, para formar o intermediário redutor, a relação ar/combustível (A/F)in é instantaneamente feita a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos, ou seja, rica. Em oposição a isso, no exemplo mostrado na figura 11, a relação ar/combustível com demanda mínima X é pobre. Neste caso, a relação ar/combustível (A/F)in é mantida pobre enquanto periodicamente se reduz a relação ar/combustível (A/F)in para que se forme o intermediário redutor.

[00067] Neste caso, se a relação ar/combustível com demanda mínima X se tornar rica ou se tornar pobre depende da força oxidante do catalisador de purificação de escapamento 46. Neste caso, o catalisador de purificação de escapamento 46, por exemplo, se torna mais forte em força oxidante se aumentar a quantidade conduzida do metal precioso 51 e se torna mais forte em força oxidante se fortalecer a acidez. Portanto, a força oxidante do catalisador de purificação de escapamento 46 se altera devido à quantidade conduzida do metal precioso 51 ou a força da acidez.

[00068] Agora, se usar um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma forte força oxidante, conforme mostrado na figura 11, se mantiver a relação ar/combustível (A/F)in pobre enquanto periodicamente reduz a relação ar/combustível (A/F)in, os hidrocarbonetos acabam se tornando completamente oxidados quando a relação ar/combustível (A/F)in for reduzida. Como um resultado, o intermediário redutor pode não ser mais produzido. Em oposição a isso, quando se usa um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma forte força oxidante, conforme mostrado na figura 10, se a relação ar/combustível (A/F)in for periodicamente rica, quando a relação ar/combustível (A/F)in for enriquecida, os hidrocarbonetos serão parcialmente oxidados, sem serem completamente oxidados, ou seja, os hidrocarbonetos serão reformados, consequentemente, o intermediário redutor será produzido. Portanto, quando se usa um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma forte força oxidante, a relação ar/combustível com demanda mínima X tem que ser enriquecida.

[00069] Por outro lado, quando se usa um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma força oxidante fraca, conforme mostrado na figura 11, se mantiver a relação ar/combustível (A/F)in pobre enquanto periodicamente reduz a relação ar/combustível (A/F)in, os hidrocarbonetos serão parcialmente oxidados sem serem completamente oxidados, ou seja, os hidrocarbonetos serão reformados e consequentemente, o intermediário redutor será produzido. Em oposição a isso, quando se usa um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma força oxidante fraca, conforme mostrado na figura 10, se enriquecer a relação ar/combustível (A/F)in periodicamente, uma grande quantidade de hidrocarbonetos será escapada do catalisador de purificação de escapamento 46 sem ser oxidada e, consequentemente, a quantidade de hidrocarbonetos que é consumida de maneira esbanjadora irá aumentar. Portanto, quando se usa um catalisador de purificação de escapamento 46 com uma força oxidante fraca, a relação ar/combustível com demanda mínima X tem que ser pobre.

[00070] Ou seja, será compreendido que a relação ar/combustível com demanda mínima X, conforme mostrado na figura 12, tem que ser reduzida quanto mais forte a força oxidante do catalisador de purificação de escapamento 46 se tornar. Deste modo, a relação ar/combustível com demanda mínima X se torna pobre ou se torna rica pela força oxidante do catalisador de purificação de escapamento 46, mas abaixo, o caso onde a relação ar/combustível com demanda mínima X é rica será usado como um exemplo para explicar a amplitude da alteração da concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 ou o período de vibração da concentração de hidrocarboneto que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13.

[00071] Agora, se a relação base ar/combustível (A/F)b se tornar maior, ou seja, se a concentração de oxigênio no gás de escapamento antes de os hidrocarbonetos serem fornecidos se tornar maior, a quantidade de alimentação de hidrocarbonetos exigida para fazer a relação ar/combustível (A/F)in a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos aumenta e, junto com isso, a quantidade em excesso de hidrocarbonetos que não contribuiu para a produção do intermediário redutor também aumenta. Neste caso, para remover bem o NOx, conforme explicado acima, é necessário oxidar os hidrocarbonetos em excesso. Portanto, para remover bem o NOX, quanto maior a quantidade de hidrocarbonetos em excesso, maior a quantidade de oxigênio que é exigida.

[00072] Neste caso, se elevar a concentração de oxigênio no gás de escapamento, a quantidade de oxigênio pode ser aumentada. Portanto, para remover bem o NOX, quando a concentração de oxigênio no gás de escapamento antes de os hidrocarbonetos serem fornecidos for alta, é necessário elevar a concentração de oxigênio no gás de escapamento depois de fornecer os hidrocarbonetos. Ou seja, quanto maior a concentração de oxigênio no gás de escapamento antes de os hidrocarbonetos serem fornecidos, maior tem que ser a amplitude da concentração de hidrocarboneto.

[00073] A figura 13 mostra a relação entre a concentração de oxigênio no gás de escapamento antes de os hidrocarbonetos serem fornecidos e a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto quando a mesma taxa de purificação de NOX é obtida. Para se obter a mesma taxa de purificação de NOX da figura 13, aprende-se que quanto maior a concentração de oxigênio no gás de escapamento antes de os hidrocarbonetos serem fornecidos, maior tem que ser a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto. Ou seja, para se obter a mesma taxa de purificação de NOx, maior a relação base ar/combustível (A/F)b, maior tem que ser a amplitude ΔT da concentração de hidrocarboneto. Em outras palavras, para remover bem o NOX, quanto menor a relação base ar/combustível (A/F)b, mais se pode reduzir a amplitude ΔT da concentração de hidrocarboneto.

[00074] Neste sentido, a relação base ar/combustível (A/F)b se torna a menor no memento de uma operação de aceleração. Neste momento, se a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto for aproximadamente 200 ppm, é possível remover bem o NOX. A relação base ar/combustível (A/F)b é normalmente maior do que o tempo de operação de aceleração. Portanto, conforme mostrado na figura 14, se a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto for 200 ppm ou mais, uma excelente taxa de purificação de NOX pode ser obtida.

[00075] Por outro lado, será compreendido que quando a relação base ar/combustível (A/F)b for a maior, se a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto for 10.000 ppm ou quase, uma boa taxa de purificação de NOX é obtida. Se a amplitude ΔH da concentração de hidrocarboneto exceder 10.000 ppm, existe o risco de que o novo método de purificação de NOX mostrado da figura 4 às figuras 6A e 6B não será mais capaz de ser bem desempenhado. Portanto, na presente invenção, a faixa predeterminada da amplitude da concentração de hidrocarboneto é 200 ppm a 10.000 ppm.

[00076] Ademais, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar mais longo, a concentração de oxigênio ao redor do NO2* ativo se torna maior no momento depois de os hidrocarbonetos serem fornecidos para quando os hidrocarbonetos são fornecidos em seguida. Neste caso, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar mais longo do que aproximadamente 5 segundos, o NO2* ativo começa a ser absorvido na forma de nitratos dentro da camada básica 53. Portanto, conforme mostrado na figura 15, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar mais longo do que aproximadamente 5 segundos, a taxa de purificação de NOX cai. Portanto, o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto tem que ser 5 segundos ou menos.

[00077] Por outro lado, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar aproximadamente 0,3 segundo ou menos, os hidrocarbonetos fornecidos começam a se estruturar na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento 46, portanto, conforme mostrado na figura 15, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar aproximadamente 0,3 segundo ou menos, a taxa de purificação de NOX cai. Portanto, na presente invenção, o período de vibração da concentração de hidrocarboneto é de 0,3 segundo a 5 segundos.

[00078] Agora, em uma modalidade da presente invenção, ao alterar a quantidade de injeção e o tempo de injeção de hidrocarbonetos da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, a amplitude ΔH e o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto são controlados para os valores ótimos de acordo com o estado de operação do motor. Neste caso, a quantidade de injeção W de hidrocarbonetos que possibilita uma alteração na concentração ótima de hidrocarbonetos de acordo com o estado de operação do motor se altera de acordo com o estado de operação do motor. Nesta modalidade de acordo com a presente invenção, a quantidade de injeção de hidrocarbonetos W é armazenada como uma função do torque demandado TQ do motor e a velocidade do motor N na forma de um mapa, tal como mostrado na figura 16 antecipadamente na ROM 32.

[00079] Agora, o catalisador de purificação de escapamento 46 não desempenha uma ação de purificação de NOX pelo novo método de purificação de NOX explicado até aqui, a menos que o catalisador 46 seja ativado. Portanto, nesta modalidade de acordo com a presente invenção, antes de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado, a alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é interrrompida. Quando o catalisador de purificação de escapamento 46 é ativado, a alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é iniciada e o novo método de purificação de NOX é usado para a ação de purificação de NOX.

[00080] Neste sentido, conforme explicado acima, se aumentar o período de alimentação dos hidrocarbonetos, o NOX no gás de escapamento é armazenado na forma de nitratos na camada básica 53. Portanto, mesmo quando a alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é interrompida tal que antes da ativação do catalisador de purificação de escapamento 46, o NOX no gás de escapamento é armazenado na forma de nitratos na camada básica 53. No entanto, quando o catalisador de purificação de escapamento 46 não é ativado, a ação de armazenamento do NOX também não é ativamente desempenhada. Portanto, neste momento, a maioria do NOX que está contido no gás de escapamento é descarregado na atmosfera sem ser armazenado no catalisador de purificação de escapamento 46.

[00081] Deste modo, como um método de evitar que o NOX escape para a atmosfera, pode-se considerar que ele disponha de um catalisador para absorção de NOX que possa adsorver NOX contido no gás de escapamento no lado a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13 ou no lado a jusante. A quantidade de NOX que este catalisador para absorção de NOX pode absorver, falando de um modo geral, tem uma característica tal como mostrada pela linha sólida na figura 17 com relação à temperatura TB do catalisador para absorção de NOx. Ou seja, a quantidade de NOX que o catalisador para absorção de NOx pode absorver aumenta se a temperatura TB do catalisador para absorção de NOX se tornar inferior. Ademais, o catalisador para absorção de NOX tem uma temperatura máxima TBo na qual o NOX pode ser adsorvido. Se a temperatura TB do catalisador para absorção de NOx exceder esta temperatura máxima TBo, o catalisador para absorção de NOx pode logo não mais adsorver mais NOX.

[00082] Deste modo, o catalisador para absorção de NOx pode adsorver uma grande quantidade de NOX quando a temperatura do catalisador TB é baixa. Portanto, se dispuser o catalisador para absorção de NOX no lado a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13, pareceria que o NOX contido no gás de escapamento poderia ser adsorvido no catalisador para absorção de NOX antes de o catalisador de purificação de escapamento 46 se tornar ativado. No entanto, se dispuser um catalisador para absorção de NOX no lado a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13, os hidrocarbonetos em alto ponto de ebulição com grande quantidades de carbono contidas no gás de escapamento irão grudar na superfície do catalisador para absorção de NOX, ou seja, irá ocorrer o envenenamento de HC, portanto, o NOX acabará sendo incapaz de ser adsorvido. Portanto, não é possível dispor um catalisador para absorção de NOx no lado a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13.

[00083] Por outro lado, em um catalisador para absorção de NOX, conforme será compreendido a partir da figura 17, de modo geral, se a temperatura do catalisador TB subir, a quantidade de NOX que pode ser absorvida diminui. Portanto, se a temperatura do catalisador TB subir, o NOx que agora é incapaz de ser adsorvido é dessorvido do catalisador para absorção de NOX. No entanto, se dispuser um catalisador para absorção de NOX no lado a jusante do catalisador para tratamento de escapamento 13, não haveria meios para reduzir o NOx que é dessorvido do catalisador de purificação de escapamento 46. Portanto, neste caso, o NOX dessorvido escapará para a atmosfera. Portanto, um catalisador para absorção de NOX não pode ser disposto no lado à jusante do catalisador para tratamento de escapamento 13.

[00084] Portanto, na presente invenção, a camada de revestimento de fundo 47 do catalisador para tratamento de escapamento 13 é formada de um catalisador para absorção de NOX. Esta camada de revestimento de fundo 47 também é compreendida de um agregado em pó. A figura 18 mostra esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador do pó que forma este catalisador para absorção de NOx 47. Conforme mostrado na figura 18, neste catalisador para absorção de NOX 46, por exemplo, a prata Ag, o cobre Cu, o ferro Fe, ou outro tal catalisador de metal básico 56 é carregado em um veículo catalisador 55 feito de alumina. Nota-se que, na modalidade mostrada na figura 18, este catalisador de metal básico 56 é compreendido de prata Ag. Ademais, conforme será compreendido a partir da figura 18, o veículo catalisador 55 não carrega qualquer catalisador de metal precioso.

[00085] Este catalisador para absorção de NOX 46 também tem a função de adsorver NOX em uma baixa temperatura. Portanto, antes de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado, o NO contido no gás de escapamento é adsorvido como NO ou na forma de NO2 depois de ser oxidado no catalisador 56 e adsorvido no catalisador 56 ou no veículo catalisador 55. Ou seja, neste momento, os hidrocarbonetos HC que estão contidos no gás de escapamento, conforme mostrado na figura 19A, se grudam à camada de revestimento de topo 46 que cobre o catalisador para absorção de NOX 47, ou seja, o catalisador de purificação de escapamento 46. Ou seja, os hidrocarbonetos HC são retidos pela camada de revestimento de topo 46. Portanto, o catalisador para absorção de NOX 47 não é mais sujeito ao envenenamento de HC, portanto, neste momento, o NO que está contido no gás de escapamento é bem adsorvido na forma de NO ou NO2 dentro do catalisador para absorção de NOX 47.

[00086] Por outro lado, próximo de quando o catalisador de purificação de escapamento 46 se torna ativado, preferivelmente depois de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado, o NO ou o NO2, ou seja, o NOX que é adsorvido no catalisador para absorção de NOX 47 é dessorvido do catalisador para absorção de NOX 47. Este NOX dessorvido, conforme mostrado na figura 19B, se dispersa no catalisador de purificação de escapamento 46. Neste momento, o catalisador de purificação de escapamento 46 prende o intermediário redutor produzido. O NOX que é dessorvido do catalisador para absorção de NOX 47 reage com o intermediário redutor e é feito no N2, CO2, e H2O.

[00087] Neste caso, o NOX que foi dessorvido do catalisador para absorção de NOX 47 se encontra com o intermediário redutor por uma probabilidade de quase 100%, então o NOX dessorvido é quase completamente reduzido. Portanto, quase não há perigo de o NOX que foi dessorvido do catalisador para absorção de NOX 47 ser escapado para a atmosfera. Nota-se que os hidrocarbonetos HC que foram retidos pelo catalisador de purificação de escapamento 46 são oxidados no catalisador de purificação de escapamento 47 ou são usados para produzir o intermediário redutor.

[00088] Deste modo, na presente invenção, um catalisador para tratamento de escapamento 13 é disposto dentro de uma passagem de escapamento do motor, uma camada de revestimento compreendida de pelo menos duas camadas de uma camada de revestimento de topo 46 e uma camada de revestimento de fundo 47 é formada em um substrato 45 do catalisador para tratamento de escapamento 13, a camada de revestimento de topo 46 é compreendida de um catalisador de purificação de escapamento para reagir o NOX contido no gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados, um catalisador de metal precioso 51, 52 é carregado em uma superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento 46 e uma parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 é formada ao redor do catalisador de metal precioso 51, 52, o catalisador de purificação de escapamento 46 tem a propriedade de reduzir o NOX que está contido no gás de escapamento se a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 vibra em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período e tem a propriedade de ser aumentado na quantidade de armazenamento de NOX que está contido no gás de escapamento se um período de vibração da concentração de hidrocarboneto é mais longo do que a faixa predeterminada, a camada de revestimento de fundo 47 é compreendida de um catalisador para absorção de NOX que adsorve o NOX contido no gás de escapamento e dessorve o NOX adsorvido se a temperatura subir, no momento da operação do motor, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 vibra na faixa predeterminada de amplitude e na faixa predeterminada de período e, desse modo, o NOX contido no gás de escapamento e o NOX dessorvido do catalisador para absorção de NOX são reduzidos.

[00089] Neste caso, na presente invenção, o tratamento de redução de NOX que faz com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento 13 vibre para reduzir o NOX é iniciado depois de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado e o NOX contido no gás de escapamento é adsorvido no catalisador para absorção de NOX 47 antes de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado.

[00090] A figura 20 mostra a rotina para o controle da alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15.

[00091] Referindo-se a figura 20, primeiro, na etapa 60, a temperatura do catalisador para tratamento de escapamento 13, ou seja, a temperatura TC do catalisador de purificação de escapamento 46, é estimada a partir do sinal de saída do sensor de temperatura 23. Em seguida, na etapa 61, julga-se se a temperatura TC do catalisador de purificação de escapamento 46 excede a temperatura de ativação predeterminada TCo mostrada na figura 5. Quando TC<TCo, ou seja, quando o catalisador de purificação de escapamento 46 não é ativado, o ciclo de processamento é finalizado. Neste momento, a alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é interrompida.

[00092] Em oposição a isso, quando se julga na etapa 61 que TC>TCo, ou seja, quando o catalisador de purificação de escapamento 46 é ativado, a rotina prossegue para a etapa 62 onde a quantidade de injeção W de hidrocarbonetos é calculada a partir do mapa mostrado na figura 16. Em seguida, na etapa 63, os hidrocarbonetos da quantidade de injeção calculada W é injetada a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 em intervalos de tempo predeterminados, por exemplo, a cada 3 segundos.

[00093] Nota-se que, para reduzir bem o NOx que é dessorvido do catalisador para absorção de NOx 67, é preferível que o catalisador de purificação de escapamento 46 seja ativado quando se dessorve NOX do catalisador para absorção de NOX 67. Ou seja, é preferível que a temperatura máxima TBo na qual o catalisador para absorção de NOX 47 pode adsorver NOX mostrado na figura 17 seja maior do que a temperatura de ativação TCo do catalisador de purificação de escapamento 46. Portanto, nesta modalidade de acordo com a presente invenção, o catalisador para absorção de NOX 47 é formado para que a temperatura máxima TBo do catalisador para absorção de NOx 47 se torne maior do que a temperatura de ativação TCo do catalisador de purificação de escapamento 46. Neste caso, por exemplo, ao adicionar algum metal álcali, metal álcali terroso, ou céria CeÜ2 ao catalisador para absorção de NOX 47, é possível elevar a temperatura máxima TBo do catalisador para absorção de NOX 46.

[00094] Nota-se que se uma reação de oxidação ativa ocorrer no catalisador para absorção de NOX 46 antes de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado, o calor da reação de oxidação irá fazer com que o catalisador para absorção de NOX 46 eleve em temperatura. Como um resultado, existe um risco de uma grande quantidade de NOX ser dessorvida do catalisador para absorção de NOX 46. Portanto, nesta modalidade de acordo com a presente invenção, para prevenir uma reação de oxidação ativa de ocorrer dentro do catalisador para absorção de NOX 46, conforme explicado acima, o catalisador para absorção de NOX 46 é impedido de incluir qualquer metal precioso.

[00095] A figura 21 mostra uma outra modalidade do catalisador para tratamento de escapamento 13. Nesta modalidade, para prevenir que a temperatura do catalisador para absorção de NOX 47 suba quando o catalisador de purificação de escapamento 46 não é ativado, uma camada de isolamento térmico 48 é formada entre a camada de revestimento de topo 46 e a camada de revestimento de fundo 47. Ou seja, caso se forneça tal camada de isolamento térmico 48, quando o catalisador de purificação de escapamento 46 começa a ativar e a temperatura subir, a temperatura elevada do catalisador para absorção de NOx 47 é suprimida, portanto, é possível fazer com que o NOx dessorva do catalisador para absorção de NOX 47 depois de o catalisador de purificação de escapamento 46 ser ativado. Nota-se que, esta camada de isolamento térmico 46 pode ser formada de carboneto de silício SiC ou alumina AI2O3.

[00096] A figura 22 e a figura 23 mostram uma modalidade projetada para bloquear o catalisador para absorção de NOX 47 do envenenamento de HC e, desse modo, possibilita que o catalisador para absorção de NOX 47 desempenhe uma boa ação de adsorção de NOX. Ou seja, na modalidade mostrada na figura 22, entre a camada de revestimento de topo 46 e a camada de revestimento de fundo 47, uma camada de retenção de HC 49 compreendida de, por exemplo, zeólito, é formada. Nesta modalidade, os hidrocarbonetos conduzidos da camada de revestimento de topo 46 para a camada de revestimento de fundo 47 são retidos dentro da camada de retenção de HC 49, portanto, o catalisador para armazenamento de NOX 47 é bloqueado para o envenenamento de HC.

[00097] Na modalidade mostrada na figura 23, um pó de, por exemplo, zeólito que possui a habilidade de reter HC é misturado dentro da camada de revestimento de topo 46. Ou seja, nesta modalidade, a camada de revestimento de topo 46 tem uma função de retenção de HC. Devido a esta função de retenção de HC, o catalisador para absorção de NOX 47 é bloqueado para o envenenamento de HC. Nota- se que, na modalidade mostrada na figura 21, uma ou ambas da camada de revestimento de topo 46 e da camada de isolamento térmico 48 pode ter uma função de retenção de HC.

[00098] Ademais, como uma outra modalidade, também é possível dispor um catalisador de oxidação a montante do catalisador para tratamento de escapamento 13 dentro da passagem de escapamento do motor de modo a reformar os hidrocarbonetos. LISTAGEM DE REFERÊNCIA 4... coletor de admissão; 5... coletor de escapamento; 7... turbocarregador de escapamento; 12... cano de escapamento; 13... catalisador para tratamento de escapamento; 14... filtro de particulado; 15... válvula de alimentação de hidrocarboneto; 45... substrato; 46... cataheader da puitPcaçac da εscapatπarto, 47... catalisador para absorçao de NOX; 50... veículo catalisador; 51, 52... catalisador de metal precioso; 53... camada básica; 55... veículo catalisador; e 56... catalisador de metal básico.

Claims

1. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna no qual um catalisador para tratamento de escapamento (13) é disposto dentro de uma passagem de escapamento do motor, uma camada de revestimento compreendida de pelo menos duas camadas de uma camada de revestimento de topo (46) e uma camada de revestimento de fundo (47) é formada em um substrato (45) do catalisador para tratamento de escapamento (13), a camada de revestimento de topo (46) é compreendida de um catalisador de purificação de escapamento (46) para reagir o NOX contido no gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados, um catalisador de metal precioso (51, 52) é conduzido em uma superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento (46) e uma parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica (54) é formada ao redor do catalisador de metal precioso (51,52), o catalisador de purificação de escapamento (46) tem uma propriedade de reduzir o NOx que está contido no gás de escapamento, se ocasionar a vibração de uma concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento (13) por dentro de uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período e tem uma propriedade de ser aumentada em quantidade de armazenamento de NOX que está contido no gás de escapamento se aumentar o período de vibração da concentração de hidrocarboneto mais do que a faixa predeterminada, a camada de revestimento de fundo (47) é compreendida de um catalisador para absorção de NOX (47) que adsorve o NOX contido no gás de escapamento e dessorve o NOx adsorvido se uma temperatura subir, no momento da operação do motor, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento (13) vibra na dita faixa predeterminada de amplitude e na dita faixa predeterminada de período e, desse modo, o NOx contido no gás de escapamento e o NOX dessorvido do catalisador para absorção de NOX (47) são reduzidos, em que dentro do dito catalisador de purificação de escapamento (46), o NOX contido no gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados são reagidos por meio dos quais um intermediário redutor que contém nitrogênio e hidrocarbonetos é produzido, caracterizado pelo fato de que o dito período de vibração da concentração de hidrocarboneto é um período de vibração necessário para a produção continuada do intermediário redutor, em que o dito período de vibração da concentração de hidrocarboneto é 0,3 segundo a 5 segundos.

2. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito tratamento de redução de NOX que faz com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador para tratamento de escapamento (13) vibre de modo a reduzir o NOX é iniciado depois de o dito catalisador de purificação de escapamento (46) ser ativado e em que o NOX contido no gás de escapamento é adsorvido no catalisador para absorção de NOX (47) antes de o dito catalisador de purificação de escapamento (46) ser ativado.

3. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o catalisador para absorção de NOX (47) tem uma temperatura máxima na qual ele pode adsorver o NOX e em que o catalisador para absorção de NOX é formado para que a temperatura máxima do dito catalisador para absorção de NOX (47) se torne maior do que uma temperatura de ativação do catalisador de purificação de escapamento (46).

4. Jcentração de hidrocarboneto é 200 ppm a 10.000 ppm.

5. Sistema de purificação de escapamento de urn motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma camada básica (53) que contém um metal álcali, um metal álcali terroso, uma terra rara, ou um metal que pode doar elétrons ao NOX é formada na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador de purificação de escapamento (46) e em que a superfície da dita camada básica (53) forma a dita parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica (54).

6. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos catalisadores de metal precioso (51, 52) são compreendidos de platina Pt e pelo menos um de ródio Rh e de paládio Pd e em que o dito catalisador para absorção de NOX (47) não contém um catalisador de metal precioso.

7. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma camada de isolamento térmico (48) é formada entre a camada de revestimento de topo (46) e a camada de revestimento de fundo (47).

8. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma camada de retenção de HC (49) é formada entre a camada de revestimento de topo (46) e a camada de revestimento de fundo (47) ou uma função de retenção de HC é dada à camada de revestimento de topo (46).