BRPI1014480B1

BRPI1014480B1 - Sistema de purificação do escapamento de motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI1014480B1
Application number: BRPI1014480-3A
Authority: BR
Inventors: Kazuhiro Umemoto; Kohei Yoshida; Mikio Inoue
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2022-02-22
Also published as: EP2495409A4; JP5131389B2; CN103492683A; US20130259752A1; US9028761B2; ES2629430T3; WO2012086094A1; EP2495409A1; CN103492683B; BRPI1014480A2; JPWO2012086094A1; EP2495409B1

Abstract

SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DO 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 de purificação de escapamento (13) que são dispostos. O catalisador de purificação de escapamento (13) é compreendido de um catalisador do lado a montante (14a) e um catalisador do lado a jusante (14b) dispostos em série em um intervalo um do outro. O catalisador do lado a montante (14b) tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante (14b). A concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante (14a) vibra em uma faixa predeterminada de amplitude de 200 ppm ou mais e em uma faixa predeterminada de período de 5 segundos ou menos, por meio do que o NOx que esta contido no gás de escapamento é reduzido no catalisador de purificação de escapamento (13).

Description

CAMPO TÉCNICO

[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 escassa 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 Literatura de Patente

[0004] Literatura de Patente 1: Patente Japonesa N° 3969450

SUMÁRIO DA INVENÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[0005] 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.

[0006] Um objetivo da presente invenção é fornecer um sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna que pode obter 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

[0007] De acordo com a presente invenção, fornece-se um sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna no qual uma válvula de alimentação de hidrocarboneto para fornecer hidrocarbonetos é disposta dentro de uma passagem de escapamento do motor, um catalisador de purificação de escapamento para reagir NOx contido no gás de escapamento e hidrocarbonetos reformados é disposto dentro da passagem de escapamento do motor a jusante da válvula de alimentação de hidrocarboneto, o catalisador de purificação de escapamento é compreendido de um catalisador do lado a montante e um catalisador do lado a jusante dispostos em série em um intervalo um do outro, o catalisador do lado a montante tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante e tem uma função de pelo menos reformar os hidrocarbonetos que são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto, um catalisador de metal precioso é carregado em uma superfície de fluxo de escapamento de pelo menos um catalisador do catalisador do lado a montante e do catalisador do lado a jusante e uma parte da 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 uma concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante vibrar em 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 o período de vibração da concentração de hidrocarboneto for mais longo do que a faixa predeterminada, e, no momento de operação do motor, a concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante é vibrada acima da faixa predeterminada de amplitude e acima da faixa predeterminada de período para, desse modo, reduzir o NOx que está contido no gás de escapamento no catalisador de purificação de escapamento.

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0008] 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.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A figura 1 é uma vista geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por compressão.

[00010] A figura 2 é uma vista que mostra esquematicamente uma parte da superfície de um veículo catalisador.

[00011] A figura 3 é uma vista para explicar uma reação de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00012] A figura 4 é uma vista que mostra uma alteração de uma relação ar/combustível de gás de escapamento que flui em um catalisador de purificação de escapamento.

[00013] A figura 5 é uma vista que mostra uma taxa de purificação de NOx.

[00014] As figuras 6A, 6B, e 6C são vistas para explicar uma reação de redução de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00015] As figuras 7A e 7B são vistas para explicar uma reação de redução de oxidação em um catalisador de purificação de escapamento.

[00016] A figura 8 é uma vista que mostra uma alteração de uma relação ar/combustível de gás de escapamento que flui em um catalisador de purificação de escapamento.

[00017] A figura 9 é uma vista de uma taxa de purificação de NOx.

[00018] A figura 10 é um gráfico de tempo que mostra uma alteração de uma relação ar/combustível de gás de escapamento que flui em um catalisador de purificação de escapamento.

[00019] A figura 11 é um gráfico de tempo que mostra uma alteração de uma relação ar/combustível de gás de escapamento que flui em um catalisador de purificação de escapamento.

[00020] 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.

[00021] 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.

[00022] 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.

[00023] 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.

[00024] A figura 16 é uma vista que mostra um mapa da quantidade de alimentação de hidrocarboneto W.

[00025] A figura 17 é uma vista que mostra uma alteração na relação ar/combustível do gás de escapamento que flui para o catalisador de purificação de escapamento etc.

[00026] A figura 18 é uma vista que mostra um mapa de uma quantidade de NOx escapado NOXA.

[00027] A figura 19 é uma vista que mostra um tempo de injeção de combustível.

[00028] A figura 20 é uma vista que mostra um mapa de uma quantidade de alimentação de hidrocarboneto WR.

[00029] A figura 21A e a 21B são vistas que mostram vistas alargadas de um catalisador de purificação de escapamento.

[00030] A figura 22 é um fluxograma para o controle de purificação de NOx.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[00031] A figura 1 é uma vista geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por compressão.

[00032] 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.

[00033] 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 um catalisador de purificação de escapamento 13. Conforme mostrado na figura 1, este catalisador de purificação de escapamento 13 é compreendido de um catalisador do lado a montante 14a e um catalisador do lado a jusante 14b dispostos em série em um intervalo um do outro. O catalisador do lado a montante 14a tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante 14b'.

[00034] Dentro do cano de escapamento 12 a montante do catalisador de purificação 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 escassa 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.

[00035] 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.

[00036] 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 do lado a montante 14a, um sensor de temperatura 23 é preso para estimar uma temperatura do catalisador do lado a montante 14a e uma temperatura de uma extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a. Os sinais de saída deste sensor de temperatura 23 e do detector de quantidade de ar de admissão 8 são inseridos através, respectivamente, de conversores AD correspondentes 37 na 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.

[00037] Em uma primeira modalidade de acordo com a presente invenção, o catalisador do lado a montante 14a e o catalisador do lado a jusante 14b são formados a partir do mesmo catalisador. A figura 2 mostra esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador carregada no substrato do catalisador do lado a montante 14a e do catalisador do lado a jusante 14b. Neste catalisador do lado a montante 14a e catalisador do lado a jusante 14b, conforme mostrado na figura 2, por exemplo, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 são carregados em um veículo catalisador 50 compreendido 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 alcalino, bário Ba, cálcio Ca, ou um outro, tal como metal alcalino terroso, um lantanoide 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 do lado a montante 14a e do catalisador do lado a jusantes 4b. 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.

[00038] 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 do lado a montante 14a e do catalisador do lado a jusante 14b, além da platina Pt e do ródio Rh, paládio Pd pode ser adicionalmente carregado ou, 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.

[00039] Se os hidrocarbonetos forem injetados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 no gás de escapamento, os hidrocarbonetos são reformados no catalisador do lado a montante 14a. Na presente invenção, neste momento, os hidrocarbonetos reformados são usados para remover o NOx no catalisador do lado a jusante 14b. A figura 3 mostra esquematicamente a ação de modificação desempenhada no catalisador do lado a montante 14a 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.

[00040] A figura 4 mostra a sincronização de fornecer hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 e as alterações na relação ar/combustível (A/F) do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a. Nota-se que, as alterações na relação ar/combustível (A/F) dependem da alteração na concentração dos hidrocarbonetos no gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a, 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.

[00041] A figura 5 mostra a taxa de purificação de NOx pelo catalisador de purificação de escapamento 13 com relação às temperaturas do catalisador TC do catalisador do lado a montante 14a quando se faz, periodicamente, com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a 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 no catalisador do lado a montante 14a 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 do lado a montante 14a 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.

[00042] 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 do catalisador do lado a montante 14a, ou seja, na parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 do catalisador do lado a montante 14a. 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, 6B, e 6C. Nota-se que, as figuras 6A e 6B mostram esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador 50 do catalisador do lado a montante 14a, enquanto a figura 6C mostra esquematicamente a parte da superfície do veículo catalisador 50 do catalisador do lado a jusante 14b. Essas figuras 6A, 6B, e 6C mostram a reação que é presumida de ocorrer quando a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a é posta para vibrar em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período.

[00043] A figura 6A mostra quando a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a 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 do lado a montante 14a se torna alta.

[00044] Agora, conforme será compreendido a partir da figura 4, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a é mantida escassa exceto por um instante, então o gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a 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 adicionalmente oxidado e se torna NO3. A parte adicional do NO2 se torna NO2-. Neste caso, a quantidade de produção de NO3 é muito maior do que a quantidade de produção de NO2-. Portanto, na platina Pt 51, uma grande quantidade de NO3 e uma pequena quantidade de NO2- são produzidas. Esses NO3 e NO2- são fortes em atividade. Abaixo, esses NO3 e NO2- serão referidos como o NOx* ativo.

[00045] 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 do lado a montante 14a. Como um resultado, conforme mostrado na figura 6B, a concentração de hidrocarboneto ao redor do NOx* ativo se torna maior. Neste sentido, depois de o NOx* ativo ser produzido, se o estado de uma alta concentração de oxigênio ao redor do NOx* ativo continuar por um tempo predeterminado ou mais, o NOx* ativo é oxidado e é absorvido na camada básica 53 na forma de íons de nitrato NO3-. No entanto, se a concentração de hidrocarboneto ao redor do NOx* ativo foi maior antes deste tempo predeterminado passar, conforme mostrado na figura 6B, o NOx* ativo reage na platina 51 com os hidrocarbonetos HC radicais por meio do que um intermediário redutor é produzido na superfície da camada básica 53.

[00046] 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. Este composto de isocianato R-NCO, quando hidrolisado, 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 produzido na superfície da camada básica 53 seja o composto de isocianato R-NCO e o composto de amina R-NH2. O intermediário redutor R-NCO ou R-NH2 que é produzido no catalisador do lado a montante 14a é enviado para o catalisador do lado a jusante 14b.

[00047] Por outro lado, a área em corte transversal do catalisador do lado a jusante 14b é maior do que a área em corte transversal do catalisador do lado a montante 14a. Portanto, mesmo se a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui para fora do catalisador do lado a montante 14a se tornar rica por um instante, este gás rico irá dispersar antes de fluir no catalisador do lado a jusante 14b, portanto, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a jusante 14b é mantida constantemente escassa. Portanto, conforme mostrado na figura 6C, no catalisador do lado a jusante 14b, o NOx* ativo é ativamente produzido. Ademais, a parte do NOx* ativo produzido no catalisador do lado a montante 14a, flui para fora do catalisador do lado a montante 14a, flui para dentro do catalisador do lado a jusante 14b, e se gruda ou se adere à superfície da camada básica 53 do catalisador do lado a jusante 14b. Portanto, uma grande quantidade de NOx* ativo é mantida dentro do catalisador do lado a jusante 14b.

[00048] Por outro lado, conforme explicado antes, uma grande quantidade de intermediário redutor é enviada do catalisador do lado a montante 14a para o catalisador do lado a jusante 14b. O intermediário redutor R-NCO ou R-NH2, conforme mostrado na figura 6C, reage com o NOx* ativo que é retido no catalisador do lado a jusante 14b e se torna N2, CO2, e H2O, portanto, o NOx é removido.

[00049] Deste modo, no catalisador de purificação de escapamento 13, ao tornar a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a temporariamente maior e produzindo-se um intermediário redutor, o NO2* ativo reage com o intermediário redutor e o NOx é removido. Ou seja, a fim de o catalisador de purificação de escapamento 13 remover o NOx, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a tem que ser periodicamente alterada.

[00050] Logicamente, neste caso, é necessário aumentar a concentração de hidrocarbonetos para uma concentração suficientemente alta para produzir o intermediário redutor. Ou seja, é necessário fazer com que a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a vibre em uma faixa predeterminada de amplitude.

[00051] 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 NOx* 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 de purificação de escapamento 13 vibre em uma faixa predeterminada de período. Incidentalmente, no exemplo mostrado na figura 4, o intervalo de injeção é de 3 segundos.

[00052] Conforme mencionado acima, se fizer com que o período de vibração da concentração de hidrocarboneto, ou seja, o período de alimentação dos hidrocarbonetos HC seja mais longo do que uma faixa predeterminada de período, o NOx* ativo que é produzido na platina Pt 53, conforme mostrado na figura 7A, irá se dispersar na forma de íons de nitrato NO3- dentro da camada básica 53 e se tornar nitratos. Ou seja, neste momento, o NOx no gás de escapamento é absorvido na forma de nitratos dentro da camada básica 53.

[00053] Por outro lado, a figura 7B mostra o caso quando o NOx é absorvido na forma de nitratos dentro da camada básica 53, deste modo, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a é feita a relação ar/combustível estequiométrica ou rica. 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 NO3- 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.

[00054] A figura 8 mostra o caso de tornar a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a 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 foi escassa 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.

[00055] 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, caso se refira à 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 do lado a montante 14a como a relação ar/combustível do gás de escapamento, o catalisador de purificação de escapamento 13 funciona como um catalisador para armazenamento de NOx que armazena o NOx quando a relação ar/combustível do gás de escapamento é escassa e libera o NOx armazenado quando a concentração de oxigênio no gás de escapamento cai.

[00056] A figura 9 mostra a taxa de purificação de NOx quando se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 13 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 do lado a montante 14a. Quando se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 13 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.

[00057] 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 13. 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.

[00058] Portanto, em uma primeira modalidade de acordo com a presente invenção, uma válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 para fornecer hidrocarbonetos é disposta dentro de uma passagem de escapamento do motor, um catalisador de purificação de escapamento 13 para reagir NOx contido no gás de escapamento e hidrocarbonetos reformados é disposto dentro da passagem de escapamento do motor a jusante da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, o catalisador de purificação de escapamento 13 é compreendido de um catalisador do lado a montante 14a e catalisador do lado a jusante 14b dispostos em série em um intervalo um do outro, o catalisador do lado a montante 14a tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante 14b e tem a função de reformar os hidrocarbonetos que são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 são carregados na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador do lado a montante 14a e do catalisador do lado a jusante 14b e uma parte da superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 é formada ao redor dos catalisadores de metal precioso 51 e 52, o catalisador de purificação de escapamento 13 tem a propriedade de reduzir o NOx que está contido no gás de escapamento se a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a vibrar em uma faixa predeterminada de amplitude e em uma faixa predeterminada de período e tem a propriedade de ser aumentada em quantidade de armazenamento de NOx que está contido no gás de escapamento se o período de vibração da concentração de hidrocarboneto for mais longo do que esta faixa predeterminada, e, no momento de operação do motor, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a vibra na faixa predeterminada de amplitude e na faixa predeterminada de período para, desse modo, reduzir o NOx que está contido no gás de escapamento no catalisador de purificação de escapamento 13.

[00059] 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 catalisadores 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 13 funcione como um catalisador para armazenamento de NOx. Nota-se que, este novo método de purificação de NOx será referido abaixo como o primeiro método de purificação de NOx.

[00060] Em seguida, referindo-se à figura 10 à figura 15, este primeiro método de purificação de NOx será explicado em um pouco mais de detalhes.

[00061] A figura 10 mostra alargada a alteração na relação ar/combustível (A/F) dentro mostrada na figura 4. Nota-se que, conforme explicado antes, a alteração da relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a mostra simultaneamente a alteração na concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a. Nota- se que, na figura 10, ΔH mostra a amplitude da alteração na concentração de hidrocarbonetos HC que flui no catalisador do lado a montante 14a, enquanto ΔT mostra o período de vibração da concentração dos hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a.

[00062] 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 do lado a montante 14a 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 usado para produzir o intermediário redutor sem que muito do NOx* ativo produzido seja armazenado na forma de nitratos dentro da camada básica 53. Para fazer com que o NOx* ativo e os hidrocarbonetos reformados reajam para produzir um intermediário redutor, a relação ar/combustível (A/F)in tem que ser inferior a este limite superior X da relação ar/combustível.

[00063] Em outras palavras, na figura 10, X mostra o limite inferior da concentração de hidrocarbonetos exigida para fazer com que o NOx* 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 NOx* 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.

[00064] 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 escassa. Neste caso, a relação ar/combustível (A/F)in é mantida escassa enquanto periodicamente se reduz a relação ar/combustível (A/F)in para que se forme o intermediário redutor.

[00065] Neste caso, se a relação ar/combustível com demanda mínima X se tornar rica ou se tornar escassa depende da força oxidante do catalisador do lado a montante 14a. Neste caso, o catalisador do lado a montante 14a, 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 do lado a montante 14a se altera devido à quantidade conduzida do metal precioso 51 ou a força da acidez.

[00066] Agora, se usar um catalisador do lado a montante 14a com uma forte força oxidante, conforme mostrado na figura 11, se mantiver a relação ar/combustível (A/F)in escassa 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 do lado a montante 14a 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 do lado a montante 14a com uma forte força oxidante, a relação ar/combustível com demanda mínima X tem que ser enriquecida.

[00067] Por outro lado, quando se usa um catalisador do lado a montante 14a com uma força oxidante fraca, conforme mostrado na figura 11, se mantiver a relação ar/combustível (A/F)in escassa 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 do lado a montante 14a 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 do lado a montante 14a sem ser oxidada e, consequentemente, a quantidade de hidrocarbonetos que é consumida de maneira esbanjadora irá aumentar. Portanto, quando se usa um catalisador do lado a montante 14a com uma força oxidante fraca, a relação ar/combustível com demanda mínima X tem que ser escassa.

[00068] Ou seja, será aprendido 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 do lado a montante 14a. Deste modo, a relação ar/combustível com demanda mínima X se torna escassa ou rica devido à força oxidante do catalisador do lado a montante 14a. Abaixo, tomando-se como exemplo o caso onde a relação ar/combustível com demanda mínima X é rica, a amplitude da alteração na concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a e o período de vibração da concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a serão explicados.

[00069] 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. 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.

[00070] 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. A partir da figura 13, aprende-se que, para se obter a mesma taxa de purificação de NOx, 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.

[00071] 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 cerca de 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.

[00072] Por outro lado, aprende-se 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 excelente taxa de purificação de NOx é obtida. Portanto, na presente invenção, a faixa predeterminada da amplitude da concentração de hidrocarboneto é 200 ppm a 10.000 ppm.

[00073] Ademais, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar mais longo, a concentração de oxigênio ao redor do NOx* 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 cerca de 5 segundos, a maioria do NOx* 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 cerca de 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.

[00074] Por outro lado, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar cerca de 0,3 segundo ou menos, os hidrocarbonetos fornecidos começam a se estruturar na superfície de fluxo de gás de escapamento do catalisador do lado a montante 14a, portanto, conforme mostrado na figura 15, se o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarboneto se tornar cerca de 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.

[00075] Agora, na presente invenção, ao alterar a quantidade de alimentação de hidrocarboneto e o tempo de injeção a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, a amplitude ΔH e período de vibração ΔT da concentração de hidrocarbonetos é controlada de modo a se tornar os valores ótimos de acordo com o estado de operação do motor. Neste caso, nesta modalidade de a presente invenção, a quantidade de alimentação de hidrocarboneto W capaz de dar a amplitude ótima ΔH da concentração de hidrocarboneto é armazenada como uma função da quantidade de injeção Q do injetor de combustível 3 e velocidade do motor N na forma de um mapa tal como mostrado na figura 16 antecipadamente na ROM 32. Ademais, a amplitude de vibração ótima ΔT da concentração de hidrocarboneto, ou seja, o período de injeção ΔT dos hidrocarbonetos, é semelhantemente armazenada como uma função da quantidade de injeção Q e da velocidade do motor N na forma de um mapa antecipadamente na ROM 32.

[00076] Em seguida, referindo-se à figura 17 a figura 20, um método de purificação de NOx no caso onde se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 13 funcione como um catalisador de armazenamento de NOx será explicado em detalhes. O método de purificação de NOx no caso quando se faz com que o catalisador de purificação de escapamento 13 funcione como um catalisador de armazenamento de NOx, deste modo, será referido abaixo como o segundo método de purificação de NOx.

[00077] Neste segundo método de purificação de NOx, conforme mostrado na figura 17, quando a quantidade de NOx armazenada ∑NOx que é armazenada na camada básica 53 excede uma quantidade permissível predeterminada MAX, a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a é temporariamente enriquecida. Se a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento for enriquecida, o NOx que foi armazenado na camada básica 53 quando a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento era escassa é liberado da camada básica 53 todo de uma vez e reduzido. Devido a isso, o NOx é removido.

[00078] A quantidade de NOx armazenada ∑NOx é, por exemplo, calculada a partir da quantidade de NOx que escapa do motor. Nesta modalidade de acordo com a presente invenção, a quantidade de NOx escapado NOXA de NOx que escapa do motor por tempo em unidade é armazenada como uma função da quantidade de injeção Q e da velocidade do motor N na forma de um mapa tal como mostrado na figura 18 antecipadamente na ROM 32. A quantidade de NOx armazenada ∑NOx é calculada a partir da quantidade de NOx escapado NOXA. Neste caso, conforme explicado antes, o período no qual a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento é enriquecido é usualmente 1 minuto ou mais.

[00079] Neste segundo método de purificação de NOx, conforme mostrado na figura 19, o injetor de combustível 3 injeta o combustível adicional WR na câmara de combustão 2 além do combustível para uso em combustão Q para que a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui para o catalisador do lado a montante 14a seja enriquecida. Nota-se que, na figura 19, a abscissa indica o ângulo de manivela. Este combustível adicional WR é injetado em um tempo no qual ele irá queimar, mas não irá aparecer como saída do motor, ou seja, levemente antes de ATDC900 depois do ponto morto de topo de compressão. Esta quantidade de combustível WR é armazenada como uma função da quantidade de injeção Q e da velocidade do motor N na forma de um mapa tal como mostrado na figura 20 antecipadamente na ROM 32. Logicamente, neste caso, é possível fazer com que a quantidade de alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 aumente de modo a fazer com que a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento enriqueça.

[00080] A figura 21A mostra uma vista alargada das redondezas do catalisador de purificação de escapamento 13 da figura 1a. Ademais, a figura 21B é uma vista para explicar as funções do catalisador de purificação de escapamento 13 de acordo com a presente invenção mostrada na figura 21A.

[00081] Agora, conforme explicado antes, para produzir o intermediário redutor, a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador de purificação de escapamento 13 tem que ser a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos. Neste caso, conforme mostrado na figura 21B, se uma parte em seção transversal alargada 55 da passagem de escapamento for formada em frente ao catalisador de purificação de escapamento 13, o fluxo do gás de escapamento será interrompido dentro desta parte em seção transversal alargada 55, então os hidrocarbonetos que são injetados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 acabarão se dispersando na direção radial e na direção de fluxo. Como um resultado, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador de purificação de escapamento 13 acabará por mudar, grandemente, para o lado escasso da relação ar/combustível dentro do cano de escapamento 12. Portanto, neste caso, para tornar a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento que flui no catalisador de purificação de escapamento 13 a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos exige que uma grande quantidade de hidrocarbonetos seja fornecida.

[00082] Na presente invenção, para reduzir a quantidade de alimentação de hidrocarbonetos exigida para tornar a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos, conforme mostrado na figura 21A, o catalisador de purificação de escapamento 13 é compreendido do catalisador do lado a montante 14a e do catalisador do lado a jusante 14b dispostos em série em um intervalo um do outro, e o catalisador do lado a montante 14a tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante 14b'. Se fizer com que a área em corte transversal do catalisador do lado a montante 14a seja menor, deste modo, o grau de difusão dos hidrocarbonetos fornecidos no gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a se torna mais fraco, então se torna impossível reduzir a quantidade de alimentação dos hidrocarbonetos exigidos para tornar a relação ar/combustível (A/F)in do gás de escapamento a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos.

[00083] Nota-se que, se fizer com que o diâmetro do catalisador de purificação de escapamento 13, como um todo, seja menor, seria necessário fazer com que o comprimento total do catalisador de purificação de escapamento 13 fosse maior. Como um resultado, no lado a jusante do catalisador, o problema surgiria da temperatura do catalisador que cai enormemente. Não apenas isso, o problema surgiria da resistência de escapamento que aumenta grandemente. Portanto, na presente invenção, para prevenir que esses problemas surjam, o diâmetro do catalisador do lado a jusante 14b é maior e, conforme mostrado na figura 21A, uma parte em seção transversal alargada 56 da passagem de escapamento é formada entre o catalisador do lado a montante 14a e o catalisador do lado a jusante 14b.

[00084] Ou seja, na presente invenção, a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui para o catalisador do lado a jusante 14b não pode se tornar a relação ar/combustível com demanda mínima X ou menos. Para produzir NOx*, ou seja, para elevar a taxa de purificação de NOx, é necessário manter a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a jusante 14b escassa. Portanto, conforme mostrado na figura 21A, pode-se dizer que é preferível formar a parte em seção transversal alargada 56 entre o catalisador do lado a montante 14a e o catalisador do lado a jusante 14b.

[00085] Por outro lado, para prevenir a difusão dos hidrocarbonetos que são injetados a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15, é necessário prevenir a interrupção do fluxo de gás de escapamento que flui para o catalisador do lado a montante 14a tanto quanto possível. Portanto, nesta modalidade de acordo com a presente invenção, conforme mostrado na figura 21A, a passagem de escapamento do motor entre a válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 e o catalisador do lado a montante 14a é formada dentro do cano de escapamento que se estende reto 12. Neste caso, para prevenir ainda mais os hidrocarbonetos fornecidos da difusão, conforme mostrado na figura 21A, é preferível que se encaixe o catalisador do lado a montante 14a dentro do cano de escapamento 12 de um diâmetro constante.

[00086] Nota-se que, na presente invenção, o catalisador do lado a montante 14a pode ser compreendido de um catalisador de oxidação, e apenas uma ação de oxidação parcial de hidrocarbonetos, ou seja, apenas uma ação de reformar dos hidrocarbonetos pode ser desempenhada no catalisador do lado a montante 14a. Neste caso, a produção do intermediário redutor e a ação de purificação do NOx são desempenhadas no catalisador do lado a jusante 14b. Portanto, na presente invenção, o catalisador do lado a montante 14a tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante 14b e tem a função de pelo menos reformar os hidrocarbonetos que são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15.

[00087] Ademais, na presente invenção, como o catalisador do lado a jusante 14b, por exemplo, é possível usar um catalisador de purificação de NOx no qual um metal que possui uma força oxidante menor do que um metal precioso é carregado em um veículo catalisador. Neste catalisador de purificação de NOx, por exemplo, o veículo catalisador é compreendido de alumina ou zeólito, enquanto o metal que é carregado neste veículo catalisador é compreendido de pelo menos um metal de transição selecionado a partir de prata Ag, cobre Cu, ferro Fe, vanádio V, molibdênio Mo, cobalto Co, níquel Ni, e manganês Mn. Portanto, na presente invenção, os catalisadores de metal precioso 51 e 52 são carregados na superfície de fluxo de gás de escapamento de pelo menos um catalisador do catalisador do lado a montante 14a e um catalisador do lado a jusante 14b, e uma parte da superfície de fluxo de gás de escapamento básica 54 é formada ao redor dos catalisadores de metal precioso 54 e 52.

[00088] Agora, a reação de oxidação de hidrocarbonetos que fluem no catalisador do lado a montante 14a é desempenhada de maneira muito ativa na extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a. Portanto, no catalisador do lado a montante 14a, a temperatura da extremidade a montante se torna a maior. Se a temperatura da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a se tornar alta, o NOx* ativo produzido irá começar a ser dessorvido e, como um resultado, a quantidade de produção do intermediário redutor irá começar a cair, então, a taxa de purificação de NOx irá começar a cair. Ou seja, a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a tem uma temperatura limite predeterminada TCmax além da qual uma queda na taxa de purificação de NOx é ocasionada. Esta temperatura limite TCmax é cerca de 500°C.

[00089] Portanto, nesta modalidade de acordo com a presente invenção, quando a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a exceder a temperatura limite predeterminada TCmax além da qual uma queda na taxa de purificação de NOx é ocasionada, a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a é reduzida. Um método para reduzir a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a é o método de aumentar a quantidade de alimentação de hidrocarbonetos para fazer com que a atmosfera no catalisador do lado a montante 14a enriqueça. Se fizer com que a atmosfera no catalisador do lado a montante 14a enriqueça, a reação de oxidação é suprimida e o calor de evaporação dos hidrocarbonetos fornecidos faz com que a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a caia.

[00090] Ademais, outros métodos de reduzir a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a são alongar o período de vibração ΔT da concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a, ou seja, alongar o período de injeção dos hidrocarbonetos, ou interromper o fornecimento de hidrocarbonetos. Na presente invenção, qualquer um desses métodos é usado.

[00091] A figura 22 mostra a rotina de controle de purificação de NOx. Esta rotina é executada por meio de interrupção a cada tempo constante.

[00092] Referindo-se à figura 22, primeiro, na etapa 60, se julga a partir do sinal de saída do sensor de temperatura 23 se a temperatura TC do catalisador do lado a montante 14a excede a temperatura de ativação TX. Quando TC>TX, ou seja, quando o catalisador do lado a montante 14a é ativado, a rotina prossegue para a etapa 61 onde se julga, a partir do sinal de saída do sensor de temperatura 23, se a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a excede a temperatura limite predeterminada TCmax além da qual uma queda na taxa de purificação de NOx é ocasionada. Quando TCA<TCmax, julga-se que o primeiro método de purificação de NOx deveria ser usado. Neste momento, a rotina prossegue para a etapa 62. Na etapa 62, o controle de alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é desempenhado. Neste momento, a ação de purificação de NOx pelo primeiro método de purificação de NOx é desempenhada.

[00093] Por outro lado, quando se julga, na etapa 61, que TCA>TCmax, a rotina prossegue para a etapa 63 onde um processamento de queda de temperatura, no qual a temperatura TCA da extremidade a montante do catalisador do lado a montante 14a cai, é desempenhado. Por exemplo, a concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a é elevada para que quando a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a for escassa, a relação ar/combustível do gás de escapamento se torne rica, enquanto quando a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante 14a for rica, a relação ar/combustível do gás de escapamento se torne ainda mais rica. Alternativamente, o período de vibração da concentração de hidrocarbonetos que flui no catalisador do lado a montante 14a é mais longo ou a alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto 15 é parada.

[00094] Por outro lado, quando se julga, na etapa 60, que TC<TX, julga-se que o segundo método de purificação de NOx deveria ser usado, então, a rotina prossegue para a etapa 64. Na etapa 64, a quantidade de NOx NOXA do NOx escapado por tempo em unidade é calculada a partir do mapa mostrado na figura 18. Em seguida, na etapa 65, ∑NOx é aumentada pela quantidade de NOx escapado NOXA para calcular a quantidade de NOx armazenada ∑NOx. Em seguida, na etapa 66, se julga se a quantidade de NOx armazenada ∑NOx excede o valor permissível MAX. Quando ∑NOx>MAX, a rotina prossegue para a etapa 67 onde a quantidade de combustível adicional WR é calculada a partir do mapa mostrado na figura 20 e uma ação de injeção do combustível adicional é desempenhada. Em seguida, na etapa 68, ∑NOx é eliminada. LISTAGEM DE REFERÊNCIA 4.. coletor de admissão 5.. coletor de escapamento 7.. turbocarregador de escapamento 12.. cano de escapamento 13.. catalisador de purificação de escapamento 14a.. catalisador do lado a montante 14b.. catalisador do lado a jusante 15.. válvula de alimentação de hidrocarboneto

Claims

1. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna no qual uma válvula de alimentação de hidrocarboneto (15) para fornecer hidrocarbonetos é disposta dentro de uma passagem de escapamento do motor, uma combinação de catalisador de purificação de escapamento para reagir NOx contido no gás de escapamento e hidrocarbonetos reformados é disposto dentro da passagem de escapamento do motor a jusante da válvula de alimentação de hidrocarboneto (15), a combinação do catalisador de purificação de escapamento é compreendida de um catalisador do lado a montante (14a) e um catalisador do lado a jusante (14b) dispostos em série em um intervalo um do outro, o catalisador do lado a montante (14a) tem uma área em corte transversal menor do que o catalisador do lado a jusante (14b) e tem uma função de pelo menos reformar os hidrocarbonetos que são fornecidos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto (15), um catalisador de metal precioso (51, 52) é carregado em uma superfície de fluxo de escapamento de pelo menos um catalisador do catalisador do lado a montante (14a) e o catalisador do lado a jusante (14b) e uma parte da superfície de fluxo de gás de escapamento básica (54) é formada ao redor do catalisador de metal precioso (51, 52), a combinação do catalisador de purificação de escapamento reduz o NOx que está contido no gás de escapamento caso se faça com que uma concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante (14a) vibre dentro de uma faixa predeterminada de amplitude e dentro de uma faixa predeterminada de período e aumente uma quantidade de armazenamento de NOx que está contido no gás de escapamento caso se faça com que o período de vibração da concentração de hidrocarboneto seja mais longo do que a faixa predeterminada, e, no momento de operação do motor, se faça com que a concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante (14a) vibre dentro da dita faixa predeterminada de amplitude e dentro da dita faixa predeterminada de período para, desse modo, reduzir o NOx que está contido no gás de escapamento no catalisador de purificação de escapamento, caracterizado pelo fato de que o NOx contido em um gás de escapamento e os hidrocarbonetos reformados são reagidos dentro da combinação do catalisador de purificação de escapamento por meio do que um intermediário redutor que contém nitrogênio e hidrocarbonetos é produzido, e em que um período de vibração da concentração de hidrocarboneto é um período de vibração exigido para a produção continuada do intermediário redutor, em que o período de vibração da concentração de hidrocarboneto é de 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 a passagem de escapamento do motor entre a dita válvula de alimentação de hidrocarboneto (15) e o dito catalisador do lado a montante (14a) é formada dentro de um cano de escapamento que se estende reto (12).

3. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando uma temperatura (TCA) de uma extremidade a montante do dito catalisador do lado a montante (14a) exceder uma temperatura limite predeterminada (TCmax) além da qual uma queda em uma taxa de purificação de NOx é ocasionada, para reduzir a temperatura da extremidade a montante do dito catalisador do lado a montante (14a), a concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante (14a) é elevada para que uma relação ar/combustível do gás de escapamento seja enriquecida quando a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante (14a) for escassa e a relação ar/combustível do gás de escapamento é tornada mais enriquecida quando a relação ar/combustível do gás de escapamento que flui no catalisador do lado a montante (14a) é enriquecida.

4. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando uma temperatura (TCA) de uma extremidade a montante do dito catalisador do lado a montante (14a) exceder uma temperatura limite predeterminada (TCmax) além da qual uma queda em uma taxa de purificação de NOx é ocasionada, para reduzir a temperatura da extremidade a montante do dito catalisador do lado a montante (14a), um período de vibração da concentração de hidrocarbonetos que flui para o catalisador do lado a montante é tornado mais longo ou uma alimentação de hidrocarbonetos a partir da válvula de alimentação de hidrocarboneto (15) é parada.

5. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de metal precioso (51,52) é compreendido de platina Pt e pelo menos um dentre ródio Rh e paládio Pd.

6. Sistema de purificação de escapamento de um motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma camada básica (53) que contém um metal alcalino, um metal alcalinoterroso, uma terra rara, ou um metal que possa doar elétrons ao NOx é formada na superfície de fluxo de gás de escapamento da combinação do catalisador de purificação de escapamento e em que uma superfície da dita camada básica (53) forma a dita parte de superfície de fluxo de gás de escapamento básica (54).