ES2253419T3

ES2253419T3 - Filtro y metodo para el control de las emisiones de gases de escape.

Info

Publication number: ES2253419T3
Application number: ES01970128T
Authority: ES
Inventors: Zenichiro Kato; Hiromichi Yanagihara; Toshihisa Sugiyama; Yoshimitsu Henda; Kazuhiko Shiratani; Rentaro Kuroki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: WO2002025072A1; CN1392919A; US20020162325A1; KR20020049009A; EP1319811A4; DE60115479D1; KR100498522B1; EP1319811B1; US6945036B2; EP1319811A1; CN1195939C; JPWO2002025072A1; DE60115479T2

Abstract

Un filtro de emisiones (100) para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo dicho filtro de emisiones (100) un medio de filtración resistente al calor (106) que recoge de una manera dispersiva un compuesto hidrocarbonado y las macropartículas que contienen carbono presentes en los gases de escape, para poner en contacto las macropartículas y el compuesto hidrocarbonado respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape, y hacer con ello que el compuesto hidrocarbonado recogido se someta a combustión con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, y en donde se utiliza el calor de reacción del compuesto hidrocarbonado recogido con el oxígeno incluido en los gases de escape, con el fin de que las macropartículas recogidas que contienen carbono se sometan a combustión, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) es un género no tejido e incluye múltiples vías de acceso, que se conectan entre sí de un modo tridimensional dentro de dicho medio de filtración, que desembocan en una superficie de dicho medio de filtración y que tienen un diámetro medio interior del orden de 11 µm a 13 µm.

Description

Filtro y método para el control de las emisiones de gases de escape.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una técnica para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono en los gases de escape de un motor de combustión interna.

Estado de la técnica

Los gases de escapa de motores Diesel incluyen macropartículas que contienen carbono del tipo de humo negro (hollín) y existe una alta demanda por reducir la emisión total de las macropartículas que contienen carbono, con el fin de evitar más contaminación del aire. Existe una demanda similar en el caso de los motores de gasolina de inyección directa en donde la gasolina se inyecta directamente al interior de una cámara de combustión, puesto que las macropartículas que contienen carbono pueden ser descargadas con los gases de escapa en determinadas condiciones de conducción.

Una técnica propuesta para reducir de manera notable las macropartículas que contienen carbono en las emisiones de un motor de combustión interna consiste en disponer un filtro termo-resistente en el conducto de escape del motor de combustión interna y utilizar el filtro para recoger las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape.

Las macropartículas están constituidas principalmente por carbono, pero para su combustión deberán exponerse a elevadas temperaturas no inferiores a 550ºC en los gases de escape que contienen oxígeno. En tanto en cuanto que el motor de combustión interna, tal como el motor diesel o el motor de gasolina de inyección directa, sea accionado en condiciones normales, la temperatura de los gases de escape que fluyen al interior del filtro apenas supera la temperatura de 550ºC. Por tanto, es necesario tratar las macropartículas recogidas a través de alguna técnica. De lo contrario, el filtro se obstruye causando varios inconvenientes, por ejemplo, un descenso de la potencia del motor de combustión interna.

Se han propuesto diversas técnicas para tratar las macropartículas que contienen carbono recogidas por el filtro. Una técnica simple consiste en el empleo de un catalizador de metal noble, tal como platino, dispuesto en el filtro, y en el uso de la acción catalítica para la combustión de las macropartículas recogidas en los gases de escape de una temperatura relativamente baja (véase la publicación Japonesa JP 60-235620). Otra técnica propuesta consiste en subir de manera intencionada la temperatura de los gases de escape para la combustión de las macropartículas que contienen carbono recogidas en el filtro (véase la publicación de Patente Japonesa No. 2000-161044). Existen diversos métodos aplicables para subir la temperatura de los gases de escape. Uno de los métodos aplicables, conocido como la técnica de reducción de la admisión, consiste en colocar una válvula de apertura-cierre en el conducto de admisión del motor de combustión interna y en el estrechamiento de la abertura de la válvula para aumentar la temperatura de los gases de escape. Otro método aplicable consiste en retardar la regulación del avance de inyección del combustible con respecto al avance adecuado, para aumentar la temperatura de los gases de escape.

Sin embargo, estas técnicas anteriores presentan algunos inconvenientes como más adelante se expondrá. El comportamiento del catalizador se deteriora de forma natural en la práctica. El uso a largo plazo del catalizador dificulta así el poder tratar por completo las macropartículas recogidas que contienen carbono y eventualmente conduce a la obstrucción del filtro. El incremento de la carga del metal noble en el filtro evita ciertamente el deterioro importante del catalizador, pero no es deseable aumentar la carga del metal noble precioso.

La técnica de subir de manera intencionada la temperatura de los gases de escape hace que la energía química del combustible no se convierta en potencia del motor de combustión interna, sino que se libera como calor. Esto disminuye de manera indeseable la potencia del motor de combustión interna o la velocidad de consumo de combustible.

Por otro lado, el documento EP 0 806 553 A2 muestra un método para purificar los gases de escape de motores diesel, en donde se dispone un filtro de hollín aguas abajo de un catalizador. El catalizador aumenta la temperatura de ignición del hollín en los gases de escape, de manera que se añade combustible para descender la temperatura de ignición del hollín por debajo de la temperatura de los gases de escape en el filtro de hollín para quemar el hollín.

Además, el documento EP 0 798 452 A1 muestra una trampa para macropartículas o un filtro de emisiones de utilidad en un motor diesel. La trampa para macropartículas está constituida por género no tejido de fibra metálica resistente al calor. La trampa para macropartículas puede ser regenerada por un calentador eléctrico o por un quemador de aceite ligero, lo cual hace necesario utilizar más energía e instalación.

Resumen de la invención

Por tanto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un filtro mejorado para emisiones y un método mejorado para el control de dichas emisiones y que es capaz de auto-regenerar dicho filtro de las emisiones.

Este objeto se consigue mediante la combinación de las características de la reivindicación 1 o reivindicación 22. Otros desarrollos ventajosos se describen en las respectivas reivindicaciones dependientes.

Al menos parte de lo anterior se consigue mediante el filtro de emisiones de la presente invención para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape de un motor de combustión interna. El filtro de emisiones tiene un medio de filtración termo-resistente que recoge los compuestos hidrocarbonatos y las macropartículas que contienen carbono que se encuentran en los gases de escape de un modo disperso, para poner en contacto dichas macropartículas y compuestos hidrocarbonatos con el oxígeno incluido en los gases de escape, con lo que los compuestos hidrocarbonados recogidos y las macropartículas recogidas que contienen carbono se someten a combustión con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono.

Se propone también un método de control de las emisiones correspondiente al filtro de emisiones indicado anteriormente.

En consecuencia, la presente invención está dirigida a un método de control de las emisiones que regula y reduce las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape de un motor de combustión interna. El método de control de emisiones comprende las etapas de utilizar un medio de filtración termo-resistente para recoger compuestos hidrocarbonados y macropartículas que contienen carbono que se encuentran en los gases de escape de un modo dispersivo, para poner en contacto las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape; y someter los compuestos hidrocarbonados recogidos y las macropartículas que contienen carbono recogidas a combustión con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, para regular y reducir así las macropartículas que contienen carbono.

En el filtro de emisiones y en el correspondiente método de control de emisiones de la presente invención, las macropartículas que contienen carbono, incluidas en los gases de escape del motor de combustión interna, son recogidas por el medio de filtración termo-resistente, junto con los compuestos hidrocarbonados de los gases de escape. Las macropartículas que contienen carbono representan cualesquiera macropartículas que contienen carbono, tal como hollín. Los compuestos hidrocarbonados son compuestos orgánicos no quemados atribuidos al combustible o aceite lubricante. Las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados son recogidos de manera dispersa en el medio de filtración. Una gran parte de las macropartículas recogidas y de los compuestos hidrocarbonados recogidos se mantiene en un estado específico que hace que las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente se pongan en contacto con el oxígeno incluido en los gases de escape. Incluso cuando la temperatura de los gases de escape que fluyen al interior del filtro es más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, se presenta una reacción exotérmica suave entre los compuestos hidrocarbonados recogidos y el oxígeno. Esto conduce eventualmente a la combustión de los compuestos hidrocarbonados recogidos y de las partículas que contienen carbono recogidas. De este modo, esta técnica reduce de forma segura y sencilla, durante un largo período de tiempo, las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape.

La presente invención ha sido desarrollada en base a los hallazgos de fenómenos únicos. Con el fin de explicar claramente las funciones y los efectos de la presente invención, se exponen de forma breve los fenómenos únicos encontrados por los inventores.

La figura 27 muestra de manera conceptual los fenómenos únicos encontrados por los inventores. La figura 27(a) ilustra de forma conceptual un aparato experimental en donde un filtro E está dispuesto en el conducto de escape de un motor de combustión interna A (normalmente un motor diesel). El motor de combustión interna A toma el aire desde un conducto de admisión B, somete el combustible a combustión dentro de una cámara de combustión C y descarga los gases de escape a través de un conducto de escape D. Los gases de escape incluyen macropartículas que contienen carbono, tal como hollín, y compuestos hidrocarbonatos, cuyas macropartículas y compuestos hidrocarbonados se recogen por el filtro E dispuesto en el conducto de escape D. El filtro E es capaz de recoger de manera dispersa las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados como más adelante se expondrá con detalle. Los factores a medir son una temperatura Tg de los gases de escape que fluyen al interior del filtro E, una temperatura Tf del filtro E y una presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro E.

El gráfico de la figura 27(b) muestra las variaciones en la presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro, en la temperatura Tg de los gases de escape aguas arriba del filtro y en la temperatura del filtro Tf cuando se dispone un nuevo sustituto del filtro E en el conducto de escape D y el motor de combustión interna A es accionado en condiciones fijas. En respuesta a la puesta en marcha del motor de combustión interna A, la temperatura Tg de los gases de escape y la temperatura del filtro Tf suben inmediatamente desde temperatura ambiente a una temperatura constante. En la práctica real, la temperatura del filtro Tf es mayor que la temperatura Tg de los gases de escape. Uno de los fenómenos únicos encontrados por los inventores es que la temperatura del filtro Tf llega a ser mayor que la temperatura Tg de los gases de escape cuando estos últimos pasan a través del filtro. Este fenómeno será expuesto con detalle más adelante. Para simplificar la explicación, se asume aquí que no existe diferencia importante entre la temperatura del filtro Tf y la temperatura Tg de los gases de escape. La temperatura a régimen constante, que es la temperatura tg de los gases de escape y la temperatura del filtro Tf que se alcanzan después de la puesta en marcha del motor de combustión interna A, resulta afectada por las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna A y por una diversidad de otros factores. La temperatura a régimen constante es normalmente del orden de 250ºC a 350ºC.

La presión diferencial antes y después del filtro aumenta gradualmente incluso una vez que la temperatura alcanza el régimen constante, pero tan pronto como llega a una meseta queda sustancialmente estabilizada como se muestra en la figura 27(b). El valor de la presión diferencial estabilizada varía principalmente en función de las dimensiones de diseño del filtro, pero normalmente es de tres a cuatro veces la presión diferencial inicial. Por conveniencia en cuanto a la explicación, el período desde la puesta en marcha del motor de combustión interna hasta la estabilización de la presión diferencial antes y después del filtro, recibe la denominación de "primer período".

Cuando el motor de combustión interna continúa funcionando después de la estabilización de la presión diferencial antes y después del filtro, la temperatura del filtro Tf comienza un suave ascenso, mientras que la temperatura Tg de los gases de escape que entran en el filtro no varía de manera importante. Al continuar el funcionamiento del motor de combustión interna, la desviación de la temperatura del filtro Tf respecto de la temperatura Tg de los gases de escape aumenta gradualmente. La temperatura del filtro Tf alcanza eventualmente los 550ºC aproximadamente. La presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro tiende a aumentar ligeramente, debido a la recogida de las macropartículas que contienen carbono de tipo hollín y de los compuestos hidrocarbonados por el filtro E, aunque el nivel de incremento puede ser insignificante.

Cuando la temperatura del filtro Tf sube a 550ºC, comienza la combustión del hollín y de otras macropartículas recogidas por el filtro E. La temperatura del filtro Tf excede de golpe los 550ºC pero pronto desciende a una temperatura próxima a la temperatura Tg de los gases de escape. Esto sugiere que la combustión del hollín deberá completarse en un tiempo relativamente corto. En el caso en donde puede detectarse el incremento de presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro, como consecuencia de la recogida de hollín y de las otras macropartículas de los gases de escape, también puede detectarse un descenso en la presión diferencial \DeltaP, como consecuencia de la combustión del hollín y de las otras macropartículas recogidas por el filtro E. Para facilitar la explicación, el período posterior al primer período, cuando la temperatura del filtro Tf llega a desviarse gradualmente de la temperatura Tg de los gases de escape y desciende de nuevo a la temperatura Tg de los gases de escape, recibe la denominación de "segundo período". El primer período es apreciablemente más corto que el segundo período. Para una ilustración más clara, el primer período mostrado en la figura 27 es más prolongado que la longitud real respecto al segundo período.

La temperatura del filtro Tf desciende a la temperatura Tg de los gases de escape una vez finalizada la combustión del hollín y de las otras macropartículas recogidas por el filtro E, pero sube de nuevo a 550ºC para iniciar la combustión del hollín recogido. Concretamente, el filtro E se mantiene en el estado del segundo período para repetir la recogida y combustión del hollín y de las otras macropartículas incluidas en los gases de escape.

El gráfico de la figura 27(c) muestra las variaciones en la temperatura del filtro Tf y en la presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro, cuando las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna A cambian respecto de las condiciones de la figura 27(b) para subir ligeramente la temperatura de los gases de escape que fluyen al interior del filtro E (normalmente en alrededor de 50ºC). Se obtienen resultados similares cuando las condiciones de funcionamiento cambian respecto de las condiciones de la figura 27(b) para subir ligeramente la densidad del hollín o la densidad de los compuestos hidrocarbonados, en lugar de la temperatura de los gases de escape.

Como se muestra en la figura 27(c), en el caso de una temperatura poco más elevada de los gases de escape introducidos en el filtro E, la temperatura del filtro Tf llega también a desviarse gradualmente de la temperatura Tg de los gases de escape en el segundo período y eventualmente alcanza los 550ºC para iniciar la combustión del hollín recogido. En las condiciones de la figura 27(c), puesto que la temperatura Tg de los gases de escape introducidos en el filtro E es un poco mayor que aquella bajo las condiciones de la figura 27(b), la temperatura del filtro Tf alcanza los 550ºC en un período de tiempo más corto. La combustión del hollín recogido finaliza en un tiempo relativamente corto y la temperatura del filtro Tf comienza a descender en las condiciones de la figura 27(c). Sin embargo, al contrario que en el caso de la figura 27(b), la temperatura del filtro Tf en descenso llega a una meseta a una temperatura mayor que la temperatura Tg de los gases de escape. El período posterior al segundo período, cuando la temperatura del filtro Tf llega a una meseta a una temperatura mayor que la temperatura Tg de los gases de escape, recibe la denominación de "tercer período". Se cree que la diferencia de temperatura entre la temperatura Tg de los gases de escape y la temperatura del filtro Tf en el tercer período depende de las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna A. El fenómeno que ocurre en el tercer período no ha sido todavía explicado, pero cabe esperar que la recogida y combustión del hollín y de las otras macropartículas se repiten localmente o que la recogida y la combustión proceden de manera simultánea en un lugar idéntico. De cualquier modo, la presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro se mantiene en un valor prácticamente constante en el tercer período, como se muestra en la figura 27(c).

Como se ha descrito anteriormente, los inventores de la presente solicitud han averiguado el fenómeno de que la recogida dispersa de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados, que se encuentran en los gases de escape del motor de combustión interna, para poner las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente en contacto con oxígeno de los gases de escape, asegura la combustión de las partículas recogidas que contienen carbono con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. Más adelante se expondrán los detalles del ensayo y el mecanismo estimado en la utilización de los gases de escape a baja temperatura para la combustión de las macropartículas que contienen carbono.

El filtro de emisiones de la presente invención y el correspondiente método de control de las emisiones utilizan este fenómeno para la combustión de las macropartículas que contienen carbono recogidas por el medio de filtración. Al contrario que el método del estado de la técnica de utilización de un catalizador para la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono y del método de subir de manera intencionada la temperatura de los gases de escape para la combustión de las macropartículas que contienen carbono, la técnica de la presente invención regula y reduce de un modo seguro y sencillo las macropartículas que contienen carbono en los gases de escape sin que se obstruya el filtro o se deteriore el comportamiento del motor. La función específica del filtro de emisiones de la presente invención que utiliza el fenómeno anterior para la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono, puede referirse en la presente descripción como la "función de regeneración espontánea".

De acuerdo con una aplicación preferida, se utiliza el calor de reacción de los compuestos hidrocarbonados recogidos por el medio de filtración termo-resistente con el oxígeno incluido en los gases de escape, para someter a combustión las macropartículas recogidas que contienen carbono. Los compuestos hidrocarbonados reaccionan con oxígeno incluso en los gases de escape de baja temperatura que no causa la combustión de las macropartículas que contienen carbono. El hecho de utilizar el calor de reacción de los compuestos hidrocarbonados con oxígeno, para subir la temperatura del medio de filtración termo-resistente, asegura por tanto la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono con los gases de escape que presentan una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono.

En el filtro de emisiones para la aplicación anterior, es preferible que el medio de filtración termo-resistente utilice especies activas producidas por la reacción de los compuestos hidrocarbonados recogidos con el oxígeno incluido en los gases de escape, además del calor de la reacción, para que las macropartículas recogidas que contienen carbono se sometan a combustión. La presencia de dichas especies activas tiende en general a acelerar la reacción de oxidación. La temperatura del medio de filtración termo-resistente aumenta por el calor de reacción de los compuestos hidrocarbonados recogidos con oxígeno. La especie activa producida a través de esta reacción se utiliza además para asegurar la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

En el filtro de emisiones, el medio de filtración termo-resistente puede atrapar en el mismo las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados. Es bastante difícil recoger de modo disperso las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados principalmente en la superficie del medio de filtración. Por otro lado, el atrapado de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados dentro del medio de filtración facilita la recogida dispersa de tales macropartículas y compuestos.

En el filtro de emisiones que atrapa en el mismo las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados, es preferible que el medio de filtración termo-resistente utilice una variación en la presión de los gases de escape del motor de combustión interna, para recoger de manera dispersa las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados. La aplicación de la variación de presión de los gases de escape a las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados, permite que las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados puedan ser fácilmente dispersados en y recogidos por el medio de filtración termo-resistente.

De acuerdo con otra aplicación preferida del filtro de emisiones, el medio de filtración termo-resistente convierte la energía de fluidificación de los gases de escape del motor de combustión interna en calor, con el fin de subir la propia temperatura del medio de filtración termo-resistente. La mayor temperatura del medio de filtración facilita preferentemente la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados recogidos incluso cuando la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro es más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono.

En el filtro de emisiones para la aplicación anterior, es preferible que el medio de filtración termo-resistente se caliente mediante el uso de una subida de temperatura en el proceso de compresión de los gases de escape por medio de una presión dinámica. La presión dinámica de los gases de escape se utiliza de un modo eficaz para subir fácilmente la temperatura del medio de filtración termo-resistente y asegurar con ello la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

De acuerdo con otra aplicación preferida del filtro de emisiones, el medio de filtración termo-resistente presenta múltiples vías de acceso que se conectan entre sí de un modo tridimensional dentro del medio de filtración y que desembocan en la superficie del medio de filtración. El medio de filtración termo-resistente que tiene dichas múltiples vías de acceso permite preferentemente que las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados en los gases de escape pueden dispersarse en y recogerse por el medio de filtración.

Las múltiples vías de acceso formadas dentro del medio de filtración termo-resistente pueden tener un diámetro interior medio del orden de 11 a 13 \mum aproximadamente. Cuando las múltiples vías de acceso formadas dentro del medio de filtración tienen un diámetro interior medio menor de 11 \mum, suele obstruirse la superficie del medio de filtración en el lado de entrada de los gases de escape. Por otro lado, un diámetro interior medio mayor de 13 \mum, hace que se obstruya frecuentemente la superficie del medio de filtración en el lado de salida de los gases de escape. El hecho de ajustar el diámetro interior medio de las múltiples vías de acceso formadas dentro del medio de filtración en el intervalo de 11 a 13 \mum aproximadamente, permite que las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados en los gases de escape puedan dispersarse en y recogerse por el medio de filtración sin que se obstruya este último. En la presente descripción, el diámetro interior medio representa el diámetro medio de poros medido de acuerdo con la ecuación de Washburn. Concretamente, el diámetro interior medio es el diámetro de poros que tiene el volumen acumulado de poros del 50%. El valor numérico del diámetro interior medio varía en cuanto a su medición por otro método conocido.

Como medio de filtración termo-resistente se puede aplicar un género no tejido constituido por fibras termo-resistentes que tienen un diámetro medio de fibra del orden de 15 a 20 \mum aproximadamente. Se ha comprobado de forma empírica que el diámetro interior medio de las vías de acceso formadas dentro del género no tejido está correlacionado en alguna medida con el diámetro medio de las fibras que constituyen el género no tejido. Las fibras que tienen un diámetro medio de 15 a 20 \mum aproximadamente hacen que el género no tejido tengan fácilmente el diámetro interior medio de 11 a 13 \mum aproximadamente. La densidad de las fibras (el número de fibras por unidad de volumen del género no tejido) tiende a descender con el incremento del diámetro interior medio de las vías de acceso formadas dentro del género no tejido. Con el fin de compensar el descenso de resistencia del género no tejido como consecuencia de la menor densidad de las fibras, preferentemente se emplean fibras termo-resistentes que tienen el diámetro medio de fibra del orden de 15 a 20 \mum aproximadamente, para producir el género no tejido que tiene el diámetro interior medio del orden de 11 a 13 \mum aproximadamente.

En el caso en donde el género no tejido se aplica como el medio de filtración termo-resistente, el género no tejido tiene preferentemente un espesor de 0,3 a 1,0 mm aproximadamente o más preferentemente del orden de 0,4 a 0,5 mm aproximadamente. Un género no tejido más fino no presenta la resistencia suficiente y se rompe con facilidad. Por otro lado, un género no tejido excesivamente grueso no se dobla con facilidad y de este modo dificulta la producción de un filtro de emisiones relativamente compacto. El empleo de un género no tejido que tiene un espesor de 0,3 a 1,0 mm aproximadamente o más preferentemente del orden de 0,4 a 0,5 mm aproximadamente como el medio de filtración termo-resistente, facilita la producción de un filtro de emisiones relativamente compacto, al tiempo que asegura en la práctica la suficiente resistencia del medio de filtración.

En el filtro de emisiones en donde se emplea el medio de filtración que incluye las múltiples vías de acceso que se conectan entre sí de un modo tridimensional, el medio de filtración termo-resistente puede cambiar en el recorrido de flujo de los gases de escape que fluyen a través de las múltiples vías de acceso en el transcurso de la recogida de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados. La estructura de cambio del recorrido de flujo de los gases de escape permite recoger las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados de manera dispersa en el medio de filtración termo-resistente. El cambio del flujo de los gases de escape a un nuevo recorrido de flujo en el transcurso de la recogida, suprime preferentemente el incremento de pérdida de presión cuando los gases de escape pasan a través del medio de filtración.

En el filtro de emisiones con la estructura anterior, el medio de filtración termo-resistente puede cambiar en el recorrido de flujo de los gases de escape que fluyen a través de las múltiples vías de acceso cuando la pérdida de presión en el transcurso de la recogida alcanza un valor de tres a cuatro veces el valor inicial. Una vez que la pérdida de presión aumenta a tres o cuatro veces el valor inicial, debido a la recogida de las macropartículas que contienen carbono y compuestos hidrocarbonados en los gases de escape por el medio de filtración, la velocidad de incremento de la pérdida de presión tiende a aumentar. Esta disposición, que cambia en el transcurso del recorrido de flujo de los gases de escape que pasan a través del medio de filtración, cuando la pérdida de presión alcanza tres o cuatro veces el valor inicial, suprime convenientemente el incremento de la pérdida de presión.

En una aplicación preferida, el método de control de las emisiones expuesto anteriormente incluye además la etapa de conducir un suministro de oxígeno desde aguas arriba del medio de filtración termo-resistente a los gases de escape. El suministro de oxígeno a los gases de escape acelera convenientemente la reacción con oxígeno de los compuestos hidrocarbonados recogidos en el medio de filtración o acelera la combustión con oxígeno de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

En otra aplicación preferida, el método de control de las emisiones incluye además la etapa de disponer un catalizador de reducción de NOx aguas abajo del medio de filtración termo-resistente, para disminuir los óxidos de nitrógeno incluidos en los gases de escape. Esta disposición reduce convenientemente tanto las macropartículas que contienen carbono como los óxidos de nitrógeno que se encuentran en los gases de escape.

En el método de control de las emisiones para la aplicación anterior, el catalizador de reducción de NOx puede ser un catalizador que absorbe los óxidos de nitrógeno siempre que esté presente un exceso de oxígeno en los gases de escape, y reduce los óxidos de nitrógeno absorbidos con un descenso de la concentración de oxígeno en los gases de escape. El catalizador de reducción de NOx que absorbe en el acto y luego reduce los óxidos de nitrógeno incluidos en los gases de escape, disminuye de un modo eficaz los óxidos de nitrógeno presentes en los gases de escape. Por tanto, esta disposición reduce eficazmente tanto las macropartículas que contienen carbono como los óxidos de nitrógeno que se encuentran en los gases de escape.

La técnica de la presente invención no queda limitada al filtro de emisiones, sino que puede ser realizada por un dispositivo de control de las emisiones con el filtro de emisiones expuesto anteriormente.

En consecuencia, la presente invención está dirigida a un dispositivo de control de emisiones que se aplica a un motor de combustión interna para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape. En este caso, el motor de combustión interna tiene una cámara de combustión y un conducto de escape para descargar los gases de escape de la cámara de combustión. El dispositivo de control de las emisiones incluye: un filtro de emisiones que está unido al conducto de escape para recoger las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape; y una sección de aislamiento térmico que está interpuesta entre el filtro de emisiones y el conducto de escape. El filtro de emisiones tiene un medio de filtración termo-resistente que recoge compuestos hidrocarbonados y macropartículas que contienen carbono que se encuentran en los gases de escape, de un modo dispersivo, para poner en contacto las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape, sometiendo con ello a combustión los compuestos hidrocarbonados recogidos y las macropartículas recogidas que contienen carbono con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada al filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono.

También se proporciona un método de control de las emisiones correspondiente al dispositivo de control de las emisiones.

De este modo, la presente invención está dirigida a un método de control de emisiones que se aplica a un motor de combustión interna para aplicar y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape. En este caso, el motor de combustión interna tiene una cámara de combustión y un conducto de escape para descargar los gases de escape de la cámara de combustión. El método de control de las emisiones incluye las etapas de: disponer un filtro de emisiones, que tiene un medio de filtración termo-resistente, en el conducto de escape, de tal manera que se forma una sección de aislamiento término entre el filtro de emisiones y el conducto de escape; utilizar el medio de filtración termo-resistente para recoger compuestos hidrocarbonados y macropartículas que contienen carbono que se encuentran en los gases de escape de un modo dispersivo, para poner en contacto las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape; y someter a combustión los compuestos hidrocarbonados recogidos y las macropartículas recogidas que contienen carbono con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada al filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, con el fin de regular y reducir las macropartículas que contienen carbono.

En el dispositivo de control de las emisiones y en el correspondiente método de control de las mismas según la presente invención, el filtro está dispuesto en el conducto de escape para recoger de forma dispersa las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados que se encuentran en los gases de escape. La sección de aislamiento térmico está formada entre el filtro de emisiones y el conducto de escape. Como se describirá más adelante, los inventores de la presente solicitud han encontrado recientemente que la temperatura del filtro de emisiones asciende cuando el flujo de los gases de escape pasa a través del filtro. La formación de la sección de aislamiento térmico entre el filtro de emisiones y el conducto de escape, para impedir la liberación de calor hacia el conducto de escape, sube así eficazmente la temperatura del filtro de emisiones. La subida eficaz en la temperatura del filtro asegura una combustión fácil y segura de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados que se han recogido en el filtro.

A continuación se describe el fenómeno por el cual la temperatura del filtro asciende cuando el flujo de gases de escape pasa a través del filtro de emisiones, con referencia a la figura 28. La figura 28(a) ilustra de forma conceptual un aparato experimental. Como en el caso de la figura 27, un filtro E está dispuesto en un conducto de escape de un motor de combustión interna A (normalmente un motor diesel). Los factores a medir son la temperatura Tg de los gases de escape que fluyen al interior del filtro E y la temperatura del filtro Tf.

La temperatura Tg de los gases de escape que entran en el filtro y la temperatura del filtro Tf se midieron por medio de este aparato experimental, al tiempo que se variaban las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna A. Los resultados de la medición demostraron que la temperatura del filtro Tf era siempre mayor que la temperatura Tg de los gases de escape. Se midieron la temperatura Tg de los gases de escape de entrada y el incremento dT (= Tf - Tg) de la temperatura del filtro Tf variando la temperatura de los gases de escape, al tiempo que prácticamente permanecían fijos los otros factores, tal como la velocidad de flujo de los gases de escape. La figura 28(b) muestra los resultados de la medición.

Como se muestra en la figura 28(b), el incremento dT de la temperatura del filtro tiende a aumentar linealmente con el ascenso de la temperatura Tg de los gases de escape de entrada. En base a este resultado, se estima el siguiente mecanismo para el fenómeno de que la temperatura del filtro Tf sea mayor que la temperatura Tg de los gases de escape de entrada.

El filtro E presenta una resistencia al flujo e interfiere con el flujo de gases de escape que tienen una velocidad de flujo grande, de manera que parte de la velocidad de flujo de los gases de escape se convierte en presión. Esto da lugar a un incremento de presión dP. De acuerdo con los principios de termodinámica, tres variables, es decir, presión P, temperatura T y volumen específico v satisfacen siempre la siguiente relación:

(1)P \cdot v = R \cdot T

en donde R es la constante de gases. Cuando el flujo de los gases de escape es interceptado por el filtro E para aumentar la presión P en dP, la temperatura de los gases de escape aumenta en dT para satisfacer la ecuación (1) indicada anteriormente. Este puede ser concretamente el mecanismo del fenómeno por el que la temperatura del filtro Tf es siempre mayor que la temperatura Tg de los gases de escape. La presión dinámica hace que el filtro comprima los gases de escape subiendo con ello la temperatura de los mismos. El filtro se calienta con los gases de escape a dicha temperatura aumentada. La temperatura del filtro Tf se mantiene así en un valor mayor que la temperatura Tg de los gases de escape de entrada.

La validez de este mecanismo estimado es confirmada en base a los resultados de medición mostrados en la figura 28(b). La ecuación (1) se escribe de nuevo como sigue:

(2)Pg \cdot v = R \cdot Tg

en donde Pg representa la presión de los gases de escape en la entrada del filtro E y Tg representa la temperatura de los gases de escape en la entrada. Cuando se supone que el filtro E intercepta el flujo de los gases de escape para aumentar la presión y la temperatura en dP y dT, la ecuación (1) se escribe de nuevo como sigue:

(3)(Pg + dP) \cdot v = R \cdot (Tg + dT)

Las ecuaciones (2) y (3) proporcionan:

(4)dT = (Tg \cdot dP)/Pg

De acuerdo con la ecuación (4), cabe esperar que el incremento de temperatura dT del filtro E sea proporcional a la temperatura Tg de los gases de escape que entran en el filtro. Esto coincide con los resultados de medición mostrados en la figura 28(b). Concretamente, los resultados de la medición de la figura 28(b) prueban la validez del mecanismo estimado descrito anteriormente. De este modo, el fenómeno de que la temperatura del filtro Tf es siempre mayor que la temperatura Tg de los gases de escape en la entrada del filtro se atribuye a la compresión de los gases de escape y al incremento resultante de la temperatura de los gases de escape cuando estos últimos son descargados del motor de combustión interna para pasar a través del filtro.

El incremento de temperatura Tg de los gases de escape acentúa el incremento de temperatura dT como se desprende claramente de la ecuación (4). El incremento de la velocidad de flujo de los gases de escape que entran en el filtro acentúa el incremento de presión dP y con ello el incremento de temperatura dT del filtro. En general, la temperatura de los gases de escape descargados del motor de combustión interna desciende a medida que el flujo de gases de escape pasa a través del conducto de escape. Los gases de escape son expulsados vigorosamente del motor de combustión interna para formar un flujo de tipo pulsante que presenta una velocidad de flujo grande. A medida que el flujo de los gases de escape pasa a través del conducto de escape, el flujo de tipo pulsante es promediado para descender la velocidad de flujo. La posición de acoplamiento del filtro, próxima al motor de combustión interna, sube la temperatura y la velocidad de flujo de los gases de escape y, por tanto, acentúa el incremento de temperatura dT del filtro.

En base a estos hallazgos, en el dispositivo de control de emisiones de la presente invención y en el método de control de emisiones correspondiente a dicho dispositivo de control de emisiones, se forma una sección de aislamiento térmico entre el conducto de escape y el filtro de emisiones dispuesto en el conducto de escape, para interceptar el flujo de calor desde el filtro al conducto de escape. Esta disposición asegura un incremento eficaz de la temperatura del filtro de emisiones y una combustión fácil y segura de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados que se han recogido en el filtro.

En el caso en donde el dispositivo de control de emisiones se aplica a un motor de combustión interna, el cual incluye una pluralidad de cámaras de combustión y un colector de escape que unifica los flujos de gases de escape desde la pluralidad de cámaras de combustión a por lo menos un tubo de escape, una modalidad preferida dispone el filtro de emisiones en el colector de escape. Esta ubicación del filtro de emisiones en un punto más próximo a la cámara de combustión permite que los gases de escape a elevada temperatura fluyan al interior del filtro a una elevada velocidad de flujo, aumentando así eficazmente la temperatura del filtro de emisiones.

En una modalidad preferida del dispositivo de control de emisiones, la sección de aislamiento térmico constituye un espacio formado entre el filtro de emisiones y el conducto de escape. Dicho espacio permite que el aire de entrada forme una capa de aire o permite que los gases de escape de entrada formen una capa de gases de escape, con lo que el filtro queda aislado eficazmente del conducto de escape.

En el dispositivo de control de emisiones de esta modalidad preferida, la sección de aislamiento térmico puede constituir un espacio entre el filtro de emisiones y el conducto de escape, el cual tiene un extremo que desemboca en un recorrido de flujo de los gases de escape y que se estrecha en la abertura. Esta disposición permite que los gases de escape entren en el espacio a través de la abertura al recorrido de flujo de los gases de escape. Por tanto, el filtro se calienta con los gases de escape calientes inmediatamente después de poner en marcha el motor de combustión interna, de manera que la temperatura del filtro asciende rápidamente. El flujo de los gases de escape queda restringido en la abertura estrecha y luego entra en el espacio. Dicha restricción impide convenientemente que el flujo de los gases de escape entre vigorosamente en el espacio para fluidificar los gases de escape existentes dentro de dicho espacio. Cuando la temperatura del filtro llega a ser mayor que la temperatura de los gases de escape, esta disposición impide que el calor se libere desde el filtro al conducto de escape debido a la fluidificación de los gases de escape, con lo que de este modo el filtro queda aislado eficazmente del conducto de escape.

En el dispositivo de control de emisiones de esta modalidad preferida, la sección de aislamiento térmico puede constituir un espacio entre el filtro de emisiones y el conducto de escape, el cual tiene un extremo abierto a un recorrido de flujo de los gases de escape y que tiene un espesor no mayor de 1 mm. En el caso en donde la distancia entre el filtro de emisiones y el conducto de escape es de 1 mm o menos, los gases de escape existentes no se fluidifican vigorosamente dentro de dicho espacio. La regulación del grosor del espacio en un valor no mayor de 1 mm permite así que los gases de escape fluyan al interior del espacio a través de la abertura y suban rápidamente la temperatura del filtro en el momento de la puesta en marcha del motor de combustión interna. Cuando aumenta la temperatura del filtro, dicha regulación impide preferentemente que el calor se libere desde el filtro de emisiones al conducto de escape como consecuencia de la fluidificación de los gases de escape que existen dentro del espacio.

En otra modalidad preferible más del dispositivo de control de emisiones, el filtro de emisiones está acoplado al conducto de escape por vía de un elemento de aislamiento térmico. La cooperación de la sección de aislamiento térmico formada entre el filtro de emisiones y el conducto de escape con el acoplamiento del filtro por vía del elemento de aislamiento térmico, impide de un modo más eficaz que el calor se libere desde la junta del filtro al conducto de escape. Esta disposición hace que el filtro de emisiones quede aislado más eficazmente del conducto de escape y mantiene convenientemente la temperatura del filtro en el nivel alto.

En otra aplicación preferida del dispositivo de control de emisiones, el filtro de emisiones dispone del medio de filtración termo-resistente para recoger las macropartículas en los gases de escape y de un recipiente para recibir en el mismo a dicho medio de filtración termo-resistente. El recipiente está provisto de un elemento de guía que conduce los gases de escape descargados desde la cámara de combustión al medio de filtración termo-resistente. El elemento de guía conduce el flujo de los gases de escape hacia el medio de filtración resistente al calor y causa una presión dinámica grande en el medio de filtración, elevando así eficazmente la temperatura del filtro. El elemento de guía está formado en el recipiente del medio de filtración. Incluso cuando el flujo de los gases de escape incide contra el elemento de guía y libera parte del calor, la estructura hace que el calor liberado sea utilizado eventualmente para calentar el filtro de emisión. Esta disposición asegura así una subida eficaz de la temperatura del filtro.

En otra aplicación preferida del dispositivo de control de emisiones, el filtro de emisiones dispone del medio de filtración resistente al calor y de un recipiente para recibir en el mismo a dicho medio de filtración resistente al calor. El medio de filtración resistente al calor queda recibido en el recipiente de manera que un extremo del medio de filtración se proyecta hacia la cámara de combustión. Esta disposición hace que el calor producido por la presión dinámica de los gases de escape no se transmita al recipiente, sino que eleva inmediatamente la temperatura en el extremo del medio de filtración resistente al calor. Esta disposición asegura así convenientemente un incremento rápido en la temperatura del medio de filtración.

En el caso en donde el dispositivo de control de emisiones se aplica a un motor de combustión interna provisto de un sobrealimentador que utiliza la energía de fluidificación de los gases de escape para accionar una turbina y sobrealimentar así el aire de inyección, una modalidad preferida establece la resistencia al flujo del filtro de emisiones en 1/2 a 2/3 de la resistencia al flujo del sobrealimentador en uno de los lados de la turbina. La resistencia al flujo en el transcurso de la descarga de los gases de escape depende fundamentalmente de la resistencia al flujo del sobrealimentador en el lado de la turbina. El hecho de establecer la resistencia al flujo del filtro de emisiones en el intervalo de 1/2 a 2/3 de la resistencia al flujo del sobrealimentador en el lado de la turbina, impide de un modo eficaz un incremento total en la resistencia al flujo, incluso cuando las macropartículas que contienen carbono están acumuladas en el filtro para aumentar ligeramente la resistencia al flujo del filtro.

En la estructura en donde el motor de combustión interna está provisto de una pluralidad de cámaras de combustión y los flujos de los gases de escape desde la pluralidad de cámaras de combustión son unificados en al menos una unión antes de la emisión, el filtro de emisiones puede estar dispuesto en la unión en donde se reúnen los conductos de escape procedentes de las respectivas cámaras de combustión. La disposición del dispositivo de control de emisiones en la unión en donde se reúnen los conductos de escape procedentes de la pluralidad de cámaras de combustión no requiere el acoplamiento de los filtros de emisiones a las cámaras de combustión individuales y, de este modo, se reduce convenientemente el número total de filtros de emisiones. En general, existe un espacio suficiente para la instalación del filtro de emisiones en la unión de los conductos de escape. En comparación con la estructura en donde los filtros de emisiones quedan dispuestos en las cámaras de combustión individuales, esta disposición acentúa el grado de libertad en cuanto a la configuración del filtro y convenientemente hace que el diseño del filtro asuma una configuración óptima.

El filtro de emisiones puede estar dispuesto en una unión en donde se unifican los conductos de escape procedentes de todas las cámaras de combustión. Sin embargo, en una aplicación preferida, los conductos de escape procedentes de cada dos o tres cámaras de combustión se reúnen en una lumbrera de escape y el filtro de emisiones está dispuesto en cada lumbrera de escape. En la estructura en donde todos los conductos de escape se reúnen en una unión y el filtro de emisiones está dispuesto en la unión, existe una distancia relativamente grande entre la cámara de combustión y el filtro de emisiones. Esto tiende a disminuir de manera indeseable la temperatura de entrada de los gases de escape. Por otro lado, en la estructura de esta aplicación preferida, en donde los conductos de escape procedentes de cada dos o tres cámaras de combustión se unifican en una lumbrera de escape, existe una distancia relativamente pequeña entre la cámara de combustión y cada lumbrera de escape. La unión del filtro de emisión a cada lumbrera de escape evita de un modo eficaz un descenso importante en la temperatura de entrada al filtro de los gases de escape. Esta disposición acentúa convenientemente el efecto de calentamiento del filtro de emisiones por medio de la presión dinámica de los gases de escape.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra la construcción de un sistema de control de emisiones en donde se aplica a un motor diesel un filtro de macropartículas según una modalidad.

La figura 2 muestra la apariencia y estructura del filtro de macropartículas de la modalidad.

La figura 3 muestra un método de fabricación de un elemento empleado para el filtro de macropartículas de la modalidad.

La figura 4 muestra de manera conceptual un procedimiento para recoger las macropartículas incluidas en los gases de escape por medio del filtro de macropartículas.

La figura 5 muestra las dimensiones de géneros no tejidos aplicables al filtro de macropartículas de la modalidad.

La figura 6 muestra de manera conceptual otro procedimiento para recoger las macropartículas incluidas en los gases de escape por medio de un filtro de macropartículas según un ejemplo modificado.

La figura 7 muestra una estructura de unión para fijar el filtro de macropartículas en el motor diesel.

La figura 8 muestra el filtro de macropartículas unido al motor diesel por vía de un porta-filtro.

La figura 9 es un gráfico que muestra las variaciones en la temperatura del filtro y presión diferencial antes y después del filtro cuando el filtro de macropartículas de la modalidad se aplicó al motor diesel.

La figura 10 es un gráfico que muestra la variación en la presión diferencial antes y después del filtro cuando el motor diesel con el filtro de macropartículas de la modalidad acoplado al mismo fue accionado durante un largo período de tiempo.

La figura 11 es un gráfico que muestra la diferencia entre las variaciones de presión en un conducto de escape antes y después del filtro de macropartículas.

La figura 12 es un gráfico que muestra un modelo de conducción de un vehículo en un ensayo.

La figura 13 es un gráfico que muestra los resultados de la medición de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro durante una prueba del modelo de 10 vueltas completas con el filtro de macropartículas de la modalidad aplicado al motor diesel.

La figura 14 es un gráfico que muestra los resultados de la medición de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro durante una prueba del modelo de 11 vueltas completas con el filtro de macropartículas de la modalidad aplicado al motor diesel.

La figura 15 es un gráfico que muestra los resultados de la medición de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro durante una prueba de un modelo de conducción a velocidad extremadamente baja con el filtro de macropartículas de la modalidad aplicado al motor diesel.

La figura 16 es un gráfico que muestra los resultados de la medición de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro durante una prueba del modelo de 10 vueltas completas con un filtro de macropartículas constituido por un género no tejido que tiene un diámetro de poros más pequeño que un valor adecuado.

La figura 17 muestra la composición de los gases de escape de un motor diesel que incluyen macropartículas que contienen carbono e hidrocarburos.

La figura 18 muestra de manera conceptual un procedimiento para la producción de especies activas a través de una reacción de oxidación suave de un hidrocarburo con oxígeno en una condición de temperatura más baja que la temperatura de combustión del hollín.

La figura 19 muestra de manera conceptual un mecanismo para recoger de forma dispersa hollín y otras macropartículas que se encuentran en los gases de escape por medio del filtro de macropartículas de la modalidad.

La figura 20 muestra la durabilidad de los filtros de macropartículas que tienen diferentes diámetros medios de poros.

La figura 21 muestra de manera conceptual la variación en el estado de obstrucción en función del diámetro medio de poros del género no tejido.

La figura 22 muestra diversas estructuras de acoplamiento del filtro de macropartículas como ejemplos modificados.

La figura 23 ilustra de manera esquemática la estructura de un filtro de macropartículas en un cuarto ejemplo modificado.

La figura 24 ilustra de forma esquemática la estructura de un filtro de macropartículas en un quinto ejemplo modificado.

La figura 25 muestra otro sistema de control de emisiones en un sexto ejemplo modificado.

La figura 26 muestra todavía otro sistema de control de emisiones en un séptimo ejemplo modificado.

La figura 27 muestra de manera conceptual la función de regeneración espontánea del filtro de macropartículas de la modalidad.

La figura 28 muestra el principio estimado de conversión de la energía de fluidificación de los gases de escape a la temperatura del filtro.

Mejores modos para llevar a cabo la invención

Con vistas a clarificar aún más las funciones y efectos de la presente invención, se exponen a continuación algunos modos de llevar a cabo la presente invención en las siguientes secuencias:

A. Construcción del Sistema

A-1.: Esquema general del sistema

A-2.: Estructura del filtro de macropartículas

A-3.: Estructura de acoplamiento del filtro de macropartículas

B. Resultados de ensayos

B-1.: Resultados del ensayo en bancada del motor

B-2.: Resultados del ensayo en vehículos

B-3.: Mecanismo estimado de la función de regeneración espontánea

B-4.: Modelo de recogida

B-5.: Intervalos de dimensiones deseadas del género no tejido

C. Modificaciones

A. Construcción del sistema

A continuación se describe una modalidad en donde un filtro de emisiones de la presente invención (referido de aquí en adelante como filtro de macropartículas) se aplica a un motor diesel. La aplicación no queda limitada como es natural a motores diesel, sino que el filtro de emisiones de la presente invención se puede aplicar a motores de gasolina en donde el combustible se inyecta directamente en un cilindro para su combustión, así como a otros motores de combustión interna. La técnica de la presente invención es también aplicable a cualesquiera motores de combustión interna para vehículos y embarcaciones, así como a motores de combustión interna estacionarios.

A-1. Esquema general del sistema

La figura 1 ilustra esquemáticamente la estructura de un motor diesel 10 en el que está dispuesto un filtro de macropartículas de la modalidad. El motor diesel 10 es un motor de cuatro cilindros y tiene cuatro cámaras de combustión numeradas de 1 a 4. El aire se suministra a cada una de las cámaras de combustión por vía de un tubo de admisión 12, mientras que el combustible se inyecta desde un inyector 14 dispuesto en cada una de las cámaras de combustión. Esto conduce a la combustión del aire y combustible en la cámara de combustión y los gases de escape se descargan a través de un colector de escape 16 hacia un tubo de escape 17.

En la parte media del tubo de escape 17 está previsto un sobrealimentador 20. El sobrealimentador 20 tiene una turbina 21 situada en el tubo de escape 17, un compresor 22 dispuesto en el tubo de admisión 12 y un árbol 23 que conecta la turbina 21 con el compresor 22. El flujo de gases de escape descargados desde la cámara de combustión causa la rotación de la turbina 21 del sobrealimentador 20 para accionar el compresor 22 por vía del árbol 23. El aire se comprime entonces y se alimenta al interior de cada una de las cámaras de combustión. Un filtro de aire 26 está previsto aguas arriba del compresor 22. El compresor 22 comprime el aire de admisión a través del filtro de aire 26 y suministra el aire comprimido a la cámara de combustión. Aguas abajo del compresor 22 está dispuesto un interenfriador 24 para enfriar el aire. La compresión del aire por el compresor 22 eleva la temperatura del aire. El aire comprimido puede ser así enfriado por el interenfriador 24 y posteriormente alimentado al interior de la cámara de combustión. Se proporciona un filtro de macropartículas 100 en cada una de las cámaras de combustión 1 a 4 aguas arriba de la turbina 21. Una unidad de control (referida de aquí en adelante como EU de control 30) para controlar el motor recibe información referente al par motor requerido, por ejemplo, la velocidad del motor y la apertura del acelerador, y controla el inyector de combustible 14, la bomba de suministro de combustible 18 y otros diversos accionadores (no mostrados) en base a la información recibida, regulando así adecuadamente las condiciones de funcionamiento del motor diesel.

A-2. Estructura del filtro de macropartículas

La figura 2 es una vista en perspectiva que ilustra la apariencia del filtro de macropartículas 100 de la modalidad. Para un mejor entendimiento, parte de la sección transversal ha sido ampliada para mostrar la estructura interna. El filtro de macropartículas 100 incluye un receptáculo cilíndrico 102 con una pestaña y un elemento 104 que está insertado en el receptáculo 102 y cuya circunferencia exterior está soldada al receptáculo 102. El elemento 104 tiene una estructura cilíndrica en donde, alrededor de un núcleo 110, están enrollados un género no tejido 106 de un metal termo-resistente y una lámina corrugada 108 de un metal termo-resistente en forma apilada. El elemento 104 empleado en el filtro de macropartículas 100 de la modalidad tiene un diámetro exterior de 55 mm aproximadamente y una longitud de 40 mm aproximadamente. Estas dimensiones se pueden variar adecuadamente de acuerdo con el desplazamiento del motor diesel y diámetro interior del conducto de escape.

La figura 3 ilustra de manera conceptual el procedimiento de enrollar, sobre el núcleo 110, el género no tejido 106 y la lámina corrugada 108 en forma apilada. La lámina corrugada 108 funciona para mantener los fragmentos adyacentes del género no tejido enrollado 106 en intervalos fijos. En consecuencia, se forma un número grande de vías de acceso a lo largo del eje del núcleo 110 entre el género no tejido 106 y la lámina corrugada 108. En ambos lados del elemento 104 están soldadas placas obturadoras 112. Las placas obturadoras 112 cierran alternativamente las vías de acceso formadas entre el género no tejido 106 y la lámina corrugada 108 para definir la construcción que permite que el flujo de los gases de escape pase a través del género no tejido 106. A continuación y con referencia a la figura 4, se explica la función de las placas obturadoras 112 para definir la construcción que permite el paso de los gases de escape a través del género no tejido 106.

La figura 4 muestra de manera conceptual la estructura en sección del filtro de macropartículas 100. La lámina corrugada 108 ha sido omitida de la ilustración de la figura 4. Como se muestra claramente, las placas obturadoras 112 cierran alternativamente las vías de acceso formadas entre los fragmentos adyacentes del género no tejido 106 mantenidos en intervalos fijos. El flujo de los gases de escape desde el lado izquierdo del dibujo, tal como se muestra por las flechas rayadas en la figura 4, fluye al interior de las vías de acceso que no están cerradas por las placas obturadoras 112. Sin embargo, las salidas de estas vías de acceso están cerradas por las placas obturadoras 112. Por tanto, el flujo de los gases de escape pasa a través del género no tejido 106 que define las caras laterales de las vías de acceso y se dirige por las vías de acceso que tienen las salidas no cerradas, tal como se muestra por las flechas gruesas. A medida que el flujo de los gases de escape pasa a través del género no tejido 106, las macropartículas que contienen carbono tal como hollín y los compuestos hidrocarbonados, que se encuentran en los gases de escape, son recogidos por el género no tejido 106.

El género no tejido 106 está constituido por una aleación de hierro resistente al calor. En el filtro de macropartículas 100 de la modalidad, como género no tejido 106 se emplea un género metálico no tejido que tiene dimensiones en un intervalo predeterminado. Esta disposición permite que las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados se recojan de manera dispersa de tal modo que las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente se ponen en contacto con el oxígeno de los gases de escape. Los efectos de las dimensiones del género no tejido se expondrán más adelante con mayor detalle. Aquí, las dimensiones ejemplificadas del género no tejido 106 son como las mostradas en la figura 5. Las dimensiones del género no tejido mostradas en la figura 5 son solo ilustrativas y no han de ser consideradas de modo alguno como limitativas. En esta modalidad se emplea un género metálico no tejido constituido por una aleación de Fe-Cr-Al. De cualquier modo, el género no tejido puede estar constituido por otros metales resistentes al calor tal como aleación de Ni o fibras cerámicas tales como fibras de carburo de silicio.

Todavía no se ha explicado por completo la razón por la cual el género no tejido que tiene las dimensiones predeterminadas ilustradas en la figura 5 puede recoger de manera dispersa las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados presentes en los gases de escape. De acuerdo con el mecanismo estimado expuesto más adelante, cabe esperar que resultados equivalentes a los de esta modalidad puedan ser proporcionados no solo por el género metálico no tejido, sino también por un filtro cerámico que tenga dimensiones similares, tal como un filtro cerámico de cordierita de configuración alveolar.

En la estructura de esta modalidad, las placas obturadoras 112 están soldadas a ambos lados del elemento 104. Una modificación posible consiste en una estructura sin las placas obturadoras 112.

La figura 6 es una vista en sección que ilustra la estructura modificada del filtro de macropartículas 100 en donde el elemento no tiene las placas obturadoras. Para mayor claridad, se ha omitido la lámina corrugada 108 de la ilustración de la figura 6. En la estructura de la modalidad mostrada en la figura 4, las placas obturadoras 112 están soldadas alternativamente en ambos lados del género no tejido 106. En lugar de soldar las placas obturadoras, los fragmentos adyacentes del género no tejido están soldados entre sí en los extremos 113 en la estructura modificada mostrada en la figura 6. Dicha disposición modificada no requiere las placas obturadoras 112 y de este modo se simplifica la estructura del filtro de macropartículas 100.

A-3. Estructura de acoplamiento del filtro de macropartículas

La figura 7 ilustra una estructura de acoplamiento para fijar el filtro de macropartículas 100 en el motor diesel 10. Como se ilustra, está previsto un porta-filtro 40 entre la culata de cilindros 32 que define la porción superior de las cámaras de combustión y el colector de escape 16. Los filtros de macropartículas 100 están dispuestos en las respectivas cámaras de combustión en el porta-filtro 40. El porta-filtro 40 está sujeto en la culata 32 por medio de tornillos. Cuando el colector de escape 16 se sujeta por medio de tornillos después de introducir los filtros de macropartículas 100 en el porta-filtro 40, las bridas quedan interpuestas entre el porta-filtro 40 y el colector de escape 16 para fijar los filtros de macropartículas 100.

La figura 8 ilustra el filtro de macropartículas 100 acoplado al motor diesel 10 por vía del porta-filtro 40. Como se ilustra, el diámetro interior del porta-filtro 40 es un poco más grande que las dimensiones del filtro de macropartículas 100. Por tanto, existe un espacio de separación 124 entre la circunferencia exterior del filtro de macropartículas 100 y la circunferencia interior del porta-filtro 40. Las dos caras de la brida del filtro de macropartículas 100 se mantienen entre el porta-filtro 40 y el colector de escape 16 por vía de los elementos de aislamiento térmico 120 y 122 constituidos, por ejemplo, por fibras de vidrio.

El acoplamiento de esta manera del filtro de macropartículas 100 en el motor diesel 10 convierte eficazmente la energía de fluidificación de los gases de escape en calor y eleva la temperatura del filtro. En esta estructura, el filtro de macropartículas 100 está situado cerca de la cámara de combustión. Los gases de escape expulsados vigorosamente de la cámara de combustión simultáneamente con la apertura de una válvula de escape del motor diesel 10 fluyen, por tanto, al interior del filtro de macropartículas 100 sin atenuar la velocidad de flujo y siendo enfriados. Como se ha expuesto anteriormente con referencia a la figura 28, el incremento de la temperatura del filtro con respecto a la temperatura de los gases de escape se acentúa con el incremento de la temperatura de los gases de escape de entrada. La velocidad de flujo grande acentúa el incremento de presión del filtro y con ello el incremento de la temperatura del filtro (véase la ecuación (4) ofrecida anteriormente).

Como se muestra en la figura 8, existe un espacio de separación 124 entre la cara circunferencial exterior del filtro de macropartículas 100 y la cara circunferencial interior del porta-filtro 40. La brida del filtro de macropartículas 100 queda dispuesta por vía de los elementos de aislamiento térmico 120 y 122. Esta estructura evita de un modo eficaz que el calor producido en el filtro de macropartículas 100 se transmita al porta-filtro 40 y al colector de escape 16. La disposición permite así que el calor producido en el filtro de macropartículas 100 se mantenga en el filtro 100 sin que se transmita al porta-filtro 40 y colector de escape 16, con lo que la presión dinámica de los gases de escape se convierte eficazmente en la temperatura del filtro.

Es preferible que el espacio de separación 124, definido entre la cara circunferencial exterior del filtro de macropartículas 100 y la cara circunferencial interior del porta-filtro 40, se establezca en un valor no mayor de 1 mm. El establecimiento de un valor suficientemente pequeño, es decir, un valor no mayor de 1 mm, para el espacio de separación, limita el flujo de los gases de escape al interior de dicho espacio. A medida que los gases de escape fluidifica en el interior del espacio de separación 124, los gases de escape toman calor de la cara lateral del filtro de macropartículas 100 y transfiere dicho calor al porta-filtro 40. Concretamente, se transmite calor, aunque solo en una pequeña cantidad, desde el filtro al porta-filtro. El espacio de separación 124 no mayor de 1 mm evita de un modo eficaz la transmisión de dicha poca cantidad de calor.

B. Resultados de los ensayos

A continuación se describen los resultados de varios ensayos en donde el filtro de macropartículas 100 descrito anteriormente se aplica a un motor diesel.

B-1. Resultados del ensayo con motor en bancada

La figura 9 es un gráfico que muestra las variaciones de la presión diferencial observada antes y después del filtro, de la temperatura observada de los gases de escape que entran en el filtro y de la temperatura del filtro observada en la salida del filtro, cuando el filtro de macropartículas 100 de la modalidad se aplicó a un motor diesel de 4 cilindros y se llevó a cabo un ensayo en motor en bancada bajo las condiciones de funcionamiento a régimen constante. En la figura 9, las abscisas muestran el tiempo de funcionamiento del motor. El motor diesel de 4 cilindros con una cilindrada de 4,3 litros se hizo funcionar a régimen constante en las condiciones de una velocidad del motor de 1.630 revoluciones por minuto y un par motor de 95 Nm. La temperatura de los gases de escape se midió en una posición aguas arriba separada en 50 mm aproximadamente del filtro, evitando los efectos de la radiación procedente del filtro.

Como se muestra en el gráfico de la figura 9, la temperatura de los gases de escape que fluyen al interior del filtro de macropartículas 100 se fijó sustancialmente en 380ºC aproximadamente. Por otro lado, la temperatura del filtro subió gradualmente y alcanzó los 550ºC en 1,5 horas aproximadamente después de iniciarse la medición. La temperatura del filtro continuó ascendiendo y eventualmente alcanzó los 575ºC. La temperatura del filtro fue mayor que la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro en un valor de aproximadamente 40 a 50ºC inmediatamente después de iniciarse la medición. Esto se atribuye a la conversión en calor de la energía de fluidificación de los gases de escape en el filtro de macropartículas 100, como anteriormente se ha descrito.

Como ya se ha mencionado, se cree que las macropartículas que contienen carbono, tal como hollín, incluidas en los gases de escape se someten a combustión únicamente a elevadas temperaturas no inferiores a 550ºC. El incremento gradual de la temperatura del filtro a la temperatura sustancialmente fija de 380ºC de los gases de escape que entran en el filtro, se puede atribuir al fenómeno de que los compuestos hidrocarbonados, distintos del hollín, incluidos en los gases de escape, son recogidos por el filtro de macropartículas y sometidos a una reacción exotérmica con el oxígeno de los gases de escape. Cuando la temperatura del filtro alcanza 550ºC, se inicia la combustión de las macropartículas que contienen carbono, tal como hollín, recogidas en el filtro.

El gráfico de la figura 9 muestra también la variación de la presión diferencial observada antes y después del filtro. La presión diferencial antes y después del filtro aumentó inmediatamente después del inicio de la medición y se mantuvo entonces prácticamente inalterada en su totalidad. Más concretamente, la presión diferencial aumentó de forma gradual inmediatamente después del inicio de la medición y tendió a disminuir cuando la temperatura del filtro alcanzó su valor máximo.

La figura 10 es un gráfico que muestra la variación en la presión diferencial antes y después del filtro, cuando la operación del motor diesel se continuó en las mismas condiciones de funcionamiento que aquellas de la figura 9. La presión diferencial antes y después del filtro varió ligeramente pero no tendió a incrementar en el transcurso de la operación continua del motor. En general, cabe esperar que la operación continua del motor diesel con el filtro recogiendo las macropartículas que contienen carbono presentes en las emisiones, cause la obstrucción del filtro y aumente la presión diferencial salvo que las macropartículas recogidas sean tratadas por cualquier método. Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, la presión diferencial antes y después no tiende a incrementar en el caso del filtro de macropartículas de la modalidad. Por tanto, se cree que las macropartículas recogidas que contienen carbono se someten a combustión en el filtro, independientemente de la baja temperatura de 380ºC de los gases de escape que entran en el filtro. Cuando se aumentó la carga del motor a las 18 horas después del inicio de la medición, la presión diferencial antes y después del filtro descendió, como se muestra por la flecha en el gráfico. El incremento de carga sube la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro y acelera la combustión de las macropartículas que contienen carbono recogidas en el filtro.

La figura 11 es un gráfico que muestra las variaciones de presión observadas en un conducto de escape durante las operaciones del motor diesel. En el motor diesel, en el momento de abrir una válvula de escape, los gases de escape a elevada presión en la cámara de combustión son expulsados por vía de la válvula de escape y fluyen por el conducto de escape como una onda de presión. Como se muestra en la figura 11, no se presentó una variación importante aguas arriba del filtro de macropartículas 100 en el momento de abrir la válvula de escape. Por otro lado, la onda de presión se atenuó de forma brusca aguas abajo del filtro de macropartículas 100. Esto demuestra que el flujo de los gases de escape expulsados al interior del conducto de escape simultáneamente con la apertura de la válvula de escape es atenuado y convertido en calor, al tiempo que pasa a través del filtro de macropartículas 100 de la modalidad.

Como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 9 a 11, el filtro de macropartículas 100 de la modalidad recoge de un modo eficaz las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape del motor diesel y hace que las macropartículas recogidas se sometan a combustión sin ningún control especial. Más adelante se expondrá el mecanismo estimado para alcanzar dicha combustión.

B-2. Resultados de los ensayos en vehículos

A continuación se describen los resultados de ensayos con el filtro de macropartículas 100 de la modalidad aplicado a un motor diesel montado en un vehículo. En cada uno de los ensayos se midieron la temperatura de los gases de escape que fluyen al interior del filtro de macropartículas 100, la temperatura del filtro y la presión diferencial antes y después del filtro, conduciendo el vehículo de acuerdo con un modelo de conducción predeterminado con aceleraciones y deceleraciones repetidas. En los ensayos se utilizaron principalmente dos modelos de conducción: "modelo de 10 vueltas completas" y "modelos de 11 vueltas completas", como se muestra en la figura 12.

El modelo de 10 vueltas completas repite una serie de modelo de conducción en donde el vehículo es acelerado desde el estado parado hasta la velocidad de 60 km por hora y luego desacelerado desde la velocidad de 60 km por hora al estado parado, 10 veces. El modelo de 11 vueltas completas incorpora otra serie de modelo de conducción, en donde el vehículo es acelerado desde el estado parado hasta la velocidad de 100 km por hora y luego desacelerado desde al velocidad de 100 km por hora al estado parado, como la undécima vuelta después del modelo de 10 vueltas completas.

(1) Resultados del ensayo en la prueba de 10 vueltas completas

La figura 13 es un gráfico que muestra los resultados de las mediciones de la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro de macropartículas 100, de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro en el transcurso de una prueba que repite el modelo de 10 vueltas completas.

Como se ilustra, la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro varió en el intervalo de 370ºC a 400ºC durante una prueba. La temperatura del filtro fue de 400ºC inmediatamente después de iniciarse la medición y aumentó gradualmente a 520ºC aproximadamente. La temperatura del filtro más elevada que la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro en alrededor de 30ºC inmediatamente después de iniciarse la medición, se atribuye a la conversión en calor de la energía de fluidificación de los gases de escape en el filtro, como anteriormente se ha descrito. El filtro de macropartículas 100 presenta la estructura adiabática, de modo que la temperatura del filtro sube rápidamente.

La temperatura del filtro aumenta de forma brusca para alcanzar instantáneamente los 650ºC en la distancia de conducción de aproximadamente 140 km y desciende rápidamente a unos 470ºC. El brusco incremento de la temperatura del filtro se atribuye a la combustión vigorosa de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados que se encuentran en los gases de escape y que se recogen en el filtro de macropartículas. El posterior descenso rápido de la temperatura del filtro es atribuible a un descenso en la cantidad de macropartículas sometidas a combustión. La presión diferencial antes y después del filtro descendió de forma brusca como consecuencia de la combustión de las macropartículas recogidas.

La temperatura del filtro, que descendió de golpe a 470ºC debido al término de la combustión de las macropartículas que contienen carbono recogidas en el filtro, subió rápidamente a medida que progresaba la combustión. La temperatura del filtro alcanzó los 520ºC aproximadamente, subió de nuevo de forma brusca para alcanzar instantáneamente los 600ºC en la distancia de conducción de alrededor de 390 km y descendió entonces rápidamente a unos 490ºC. Al igual que en el momento de la distancia de conducción de 140 km, cabe esperar que las macropartículas que contienen carbono, recogidas en el filtro de macropartículas, se sometan en este momento a una combustión vigorosa.

La presión diferencial antes y después del filtro, la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro y la temperatura del filtro variaron de manera inmediata una vez que la temperatura del filtro aumentó de forma brusca en la distancia de conducción de 390 km y de nuevo descendió a 490ºC aproximadamente. Esto se debe a que el vehículo fue conducido a la velocidad de 30 km por hora durante 5 minutos con el fin de realizar una inspección. La reducción de la velocidad del vehículo al nivel de 30 km por hora hizo descender la temperatura del filtro a unos 420ºC. Como se describirá más adelante, las reacciones de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados se mantienen incluso bajo la condición de una velocidad del vehículo de 30 km por hora.

Como se muestra en la figura 13, durante la prueba del modelo de 10 vueltas completas, se repiten en el filtro la recogida y combustión de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados presentes en los gases de escape. La presión diferencial antes y después del filtro varió ligeramente a medida que progresaba la recogida y combustión repetidas, pero prácticamente quedó estabilizada. No existió signo alguno de obstrucción del filtro a medida que avanzaba la prueba.

(2) Resultados del ensayo en la prueba de 11 vueltas completas

La figura 14 es un gráfico que muestra los resultados de las mediciones de la temperatura del filtro de macropartículas 100 y de la presión diferencial antes y después del filtro en el transcurso de una prueba que repite el modelo de 11 vueltas completas.

Como se ha mencionado anteriormente, con referencia a la figura 12, el modelo de conducción de 11 vueltas completas incorpora otra serie de modelo de conducción, en donde el vehículo es acelerado desde el estado parado hasta la velocidad de 100 km por hora y luego desacelerado desde la velocidad de 100 km por hora hasta el estado parado, como la undécima vuelta después del modelo de 10 vueltas completas. La temperatura del filtro alcanza temporalmente los 600ºC durante la aceleración de la undécima vuelta. Cabe esperar que las macropartículas que contienen carbono, recogidas en el filtro, se sometan en este momento a combustión. Concretamente, el vehículo se desplaza de acuerdo con el modelo de 11 vueltas completas, al tiempo que las macropartículas recogidas son sometidas de forma regular a combustión durante la aceleración de la undécima vuelta. Antes y después de la aceleración de la undécima vuelta completa, se midieron las variaciones en la temperatura del filtro y en la presión diferencial con respecto al filtro a medida que avanzaba la conducción. Los valores de la medición "antes de la aceleración de la undécima vuelta" representan los valores observados en el momento de la aceleración de la décima vuelta, y los valores de la medición "después de la aceleración de la undécima vuelta" representan los valores observados en el momento de la aceleración de la primera vuelta.

El gráfico de la figura 14 muestra las variaciones de la temperatura del filtro y de la presión diferencial con respecto al filtro antes y después de la aceleración de la undécima vuelta en el modelo de 11 vueltas completas. Los círculos negros representan los resultados de las mediciones antes de la aceleración de la undécima vuelta (es decir, en el momento de la aceleración de la décima vuelta). Los círculos blancos representan los resultados de las mediciones después de la aceleración de la undécima vuelta (es decir, en el momento de la aceleración de la primera vuelta). La temperatura de los gases de escape que entran en el filtro de macropartículas se estableció sustancialmente de forma fija en 400ºC. Para simplificar la explicación, las expresiones "antes de la aceleración de la undécima vuelta" y "después de la aceleración de la undécima vuelta" se refieren respectivamente a "antes de la aceleración a 100 km por hora" y "después de la aceleración hasta 100 km por hora".

Como se muestra en la figura 14, la temperatura del filtro y la presión diferencial antes y después del filtro varían aproximadamente de la siguiente manera durante la prueba del modelo de 11 vueltas completas. Si bien la presión diferencial después de la aceleración a 100 km por hora (expresada por los círculos blancos) se mantuvo en valores bajos, la presión diferencial después de la conducción a baja velocidad durante las 10 vueltas completas hasta la velocidad del vehículo de 60 km por hora y antes de la aceleración a 100 km por hora (expresada por los círculos negros) aumentó de forma gradual. La temperatura del filtro alcanzó los 600ºC durante la aceleración a 100 km por hora y comenzó la combustión del hollín recogido. Este puede ser el motivo por el cual la temperatura del filtro y la presión diferencial con respecto al filtro descienden después de la aceleración a 100 km por hora.

La temperatura del filtro antes de la aceleración a 100 km por hora (expresada por los círculos negros) fue de alrededor de 460ºC en el intervalo de la distancia de conducción de hasta 2.000 km después de iniciarse la conducción, aumentó de forma gradual en el intervalo de la distancia de conducción de 2.000 km a 3.000 km y se estabilizó prácticamente en una temperatura no superior a 500ºC en el intervalo de la distancia de conducción posterior a 3.000 km. Por tanto, la conducción se divide en tres períodos de acuerdo con las distancias recorridas: el período inicial hasta 2.000 km, el período transitorio entre 2.000 km y 3.000 km y el período después de 3.000 km. En el período inicial desde el comienzo de la conducción hasta la distancia recorrida de 2.000 km con una baja temperatura del filtro, los compuestos hidrocarbonados se someten a reacción durante la conducción a baja velocidad en las 10 vueltas, mientras que las macropartículas que contienen carbono, tal como hollín, se someten a combustión durante la conducción a elevada velocidad de la undécima vuelta. Por otro lado, en el período de la distancia recorrida después de 3.000 km, la temperatura del filtro alcanza de manera intermitente los 550ºC incluso durante la conducción a baja velocidad de las 10 vueltas, para iniciar la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

La diferencia entre la temperatura del filtro antes de la aceleración a 100 km por hora y la temperatura del filtro después de la aceleración fue de aproximadamente 20ºC en el período inicial desde el inicio de la conducción hasta la distancia recorrida de 2.000 km, y aumentó a unos 50ºC en el período de la distancia de conducción después de 3.000 km. Esto se atribuye a la combustión parcial del hollín incluso durante la conducción a baja velocidad de las 10 vueltas completas en el período de la distancia recorrida después de 3.000 km.

(3) Resultados de los ensayos en la prueba de velocidad extremadamente baja

Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 13, la temperatura del filtro desciende de forma brusca a medida que disminuye la velocidad del vehículo a 30 km por hora durante la prueba de 10 vueltas completas. Sin embargo, esto no representa la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono durante la conducción a baja velocidad. Las macropartículas recogidas que contienen carbono se someten a combustión incluso durante la conducción a baja velocidad de 30 km por hora. La figura 15 es un gráfico que muestra los resultados de las mediciones de la temperatura del filtro durante una prueba de un modelo de conducción a velocidad extremadamente baja que repite aceleraciones y deceleraciones entre el estado parado y la velocidad del vehículo de 30 km por hora. La temperatura de los gases de escape que entran en el filtro fue de unos 300ºC. Como se ilustra en el gráfico, durante la conducción a velocidad extremadamente baja, la temperatura del filtro aumentó gradualmente y alcanzó los 500ºC en la distancia recorrida de 160 km. La temperatura del filtro repitió dicha variación, mientras que la presión diferencial con respecto al filtro se estabilizó. Concretamente, no se presentó signo alguno de obstrucción del filtro.

(4) Resultados de los ensayos en un ejemplo comparativo

La figura 16 es un gráfico que muestra los resultados de las mediciones de la temperatura del filtro y de la presión diferencial antes y después del filtro durante una prueba con un filtro de macropartículas constituido por género metálico no tejido resistente al calor que tiene una distribución de diámetros de poros más pequeños que un intervalo establecido previamente, con fines comparativos. La prueba siguió el modelo de conducción de 10 vueltas completas.

Como se muestra en la figura 16, cuando el género no tejido del metal resistente al calor presenta una distribución inadecuada del diámetro de poros, la presión diferencial antes y después del filtro supera los 100 kPa en la distancia de conducción de 80 km. Esto causa la rotura del filtro de macropartículas. La retro-presión aumenta debido a la obstrucción del filtro y con ello sube la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro. Al contrario que en el filtro de macropartículas de la modalidad, no se da el fenómeno de que la temperatura del filtro se desvíe gradualmente de la temperatura de los gases de escape que entran en el filtro. Cuando el género no tejido del metal resistente al calor presenta una pequeña distribución de diámetros de poros, el filtro se obstruye con las macropartículas que contienen carbono presentes en los gases de escape. Esto conduce a un suministro insuficiente de oxígeno de los gases de escape a los compuestos hidrocarbonados recogidos y no se presentan reacciones exotérmicas de los compuestos hidrocarbonados con oxígeno. Por otro lado, cuando el género no tejido presenta las dimensiones adecuadas como en el filtro de macropartículas de la modalidad, el oxígeno de los gases de escape se suministra de manera suficiente a las macropartículas recogidas que contienen carbono y a los compuestos hidrocarbonados recogidos, para mantener las reacciones exotérmicas de los compuestos hidrocarbonados con oxígeno incluso en los gases de escape con una temperatura relativamente baja. Con el progreso de las reacciones, el calor de reacción o las especies activas producidas a través de la reacción se acumulan para iniciar la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono y alcanzar así la función de regeneración espontánea.

B-3. Mecanismo estimado de la función de regeneración espontánea

Todavía no ha sido explicado del todo el mecanismo del fenómeno que ocurre en el filtro de macropartículas 100 de la modalidad, es decir, el fenómeno de que las macropartículas que contienen carbono recogidas en el filtro, inician la combustión incluso en los gases de escape a una temperatura más baja que la temperatura de combustión. Al respecto se puede decir lo siguiente en cuanto al mecanismo estimado de dicha función de regeneración espontánea.

Como es sabido, los gases de escape del motor diesel incluyen las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados en la relación mostrada en la figura 17. Hablando en términos generales, los gases de escape incluyen fracciones prácticamente similares de las macropartículas que contienen carbono, de los compuestos hidrocarbonados atribuidos al combustible y de los compuestos hidrocarbonados atribuidos al aceite lubricante. Las macropartículas que contienen carbono, tal como hollín, no se someten a combustión a temperaturas menores de 550ºC incluso en la atmósfera de los gases de escape que contienen oxígeno. Por otro lado, cabe esperar que los compuestos hidrocarbonados atribuidos al combustible y los compuestos hidrocarbonados atribuidos al aceite lubricante se sometan a la reacción de oxidación incluso a temperaturas menores de 550ºC con la condición de que exista un suministro suficiente de oxígeno.

El fenómeno de que las macropartículas que contienen carbono recogidas en el género no tejido del metal resistente al calor inician la combustión incluso en los gases de escape a una temperatura más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, no se presenta en el caso del género no tejido que presente un diámetro de poros inadecuado o en caso de un filtro cerámico alveolar tradicionalmente utilizado. Como se ha descrito anteriormente, este fenómeno se presenta cuando el género no tejido que tiene las dimensiones en el intervalo predeterminado se emplea para recoger, de manera dispersiva, las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados, lo cual hace que las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente se pongan en contacto con el oxígeno incluido en los gases de escape. Más adelante se explicará el mecanismo estimado de cómo el género no tejido de la modalidad recoge de manera dispersiva las macropartículas que contienen
carbono.

Igualmente, existe una variación en la temperatura del género no tejido. Cuando la recogida de las macropartículas que contienen carbono y de los compuestos hidrocarbonados continúa durante un cierto período de tiempo a temperaturas más bajas que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, la temperatura del género no tejido aumenta de forma gradual y eventualmente alcanza los 550ºC, es decir, la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. Por tanto, se asume que ocurre el siguiente fenómeno en el género no tejido cuando el filtro de macropartículas 100 ejerce su función de regeneración espontánea. Las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados presentes en los gases de escape se recogen de manera dispersiva en el género no tejido. La temperatura de los gases de escape que entran en el filtro es más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. De este modo, las macropartículas recogidas no inician inmediatamente la combustión, mientras que los compuestos hidrocarbonados inician cierta reacción con el oxígeno de los gases de escape. Dado que la temperatura del filtro sube gradualmente, esta reacción es considerada como una reacción exotérmica suave. Cuando esta reacción exotérmica continúa durante un rato, el calor de reacción de acumula o las especies activas producidas a través de la reacción se acumulan para iniciar la combustión de las macropartículas que contienen carbono.

En el caso del filtro alveolar de cordierita o del género no tejido que tiene un diámetro de poros inadecuado u otra dimensión, es difícil recoger las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados de una manera altamente dispersiva para poner las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente en contacto con el oxígeno de los gases de escape. Esto conduce a un suministro insuficiente de oxígeno y no se presenta la reacción exotérmica suave de los compuestos hidrocarbonados con el oxígeno de los gases de escape. De este modo no se acumulan el calor de reacción ni las especies activas producidas a través de la reacción. En consecuencia, dichos filtros no ejercen la función de regeneración espontánea como la que se presenta en el filtro de macropartículas de la modalidad.

La temperatura más elevada de los gases de escape que entran en el filtro hace que la temperatura del filtro alcance fácilmente la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. Por intuición se cree que esto conduce a una fácil combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono. Sin embargo, en la práctica real, una temperatura excesivamente alta de los gases de escape que entran en el filtro puede interferir con la realización de la función de regeneración espontánea y con la combustión resultante de las macropartículas que contienen carbono. Esto se puede atribuir al hecho de que la temperatura elevada de los gases de escape cambia la trayectoria de la reacción de los compuestos hidrocarbonados con oxígeno, evitando con ello la acumulación de las especies activas producidas a través de la reacción. La figura 18 muestra de manera conceptual la simulación de una pre-reacción de un compuesto hidrocarbonado recogido en el género no tejido con el oxígeno de los gases de escape a una temperatura más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. En este caso, el compuesto hidrocarbonado recogido es butano (C_{4}H_{10}) y la reacción química de la molécula de butano con oxígeno es simulada mediante química computacional. Para la química computacional se han propuesto diversas técnicas. La técnica aquí adoptada es una técnica semi-experimental que utiliza datos experimentales para las partes difíciles de computar y resuelve una ecuación ondulatoria que representa la órbita electrónica de la molécula para investigar la reacción química.

De acuerdo con los resultados de la computación, un átomo de hidrógeno escapa de la molécula de butano para iniciar la reacción como se muestra en la figura 18(a). La molécula de butano que pierde un átomo de hidrógeno tiene un electrón sin aparear al cual se enlaza el oxígeno de los gases de escape. El pequeño círculo negro en el dibujo representa el sitio del electrón sin aparear. El oxígeno extrae un átomo de hidrógeno de un sitio diferente cuando se enlaza a la molécula de butano. Por tanto, existe un nuevo electrón sin aparear en la posición del átomo de hidrógeno extraído. El oxígeno de los gases de escape se enlaza también a la posición del nuevo electrón sin aparear. La molécula de butano se enlaza gradualmente al oxígeno de los gases de escape para producir de esta manera una especie activa parcialmente oxidada. Esta reacción de oxidación es exotérmica. A medida que avanza la reacción, la temperatura sube y se acumula la especie activa parcialmente oxidada.

A medida que avanza la reacción en la primera fase, la temperatura sube y se acumula la especie activa parcialmente oxidada. La reacción procede entonces a una segunda fase en donde se produce un radical OH a partir de la especie activa obtenida por oxidación parcial de la molécula de butano como se muestra en la figura 18(b). El radical OH es altamente reactivo y causa la combustión brusca de los restantes compuestos hidrocarbonados y de las macropartículas que contienen carbono.

De acuerdo con los resultados de la computación, una acumulación suficiente de la especie activa parcialmente oxidada en la primera fase de la reacción conduce a la producción de una mayor cantidad del radical OH en la segunda fase de la reacción, causando así una combustión brusca de los restantes compuestos hidrocarbonados y de las macropartículas que contienen carbono. Un compuesto hidrocarbonado que contiene un mayor número de átomos de carbono que la molécula de butano permite que se enlace a una molécula un mayor número de átomos de oxígeno. Esto conduce a la producción de una mayor cantidad del radical OH para la combustión brusca. En el segundo período mostrado en la figura 27 descrita anteriormente, los compuestos hidrocarbonados y el oxígeno incluido en los gases de escape experimentan reacciones como las mostradas en la figura 18 en el filtro de macropartículas. Cuando el calor de reacción o las especies activas producidas a través de la reacción se acumulan de manera suficiente, las macropartículas que contienen carbono recogidas en el filtro inician la combustión.

B-4. Modelo de recogida

Como se ha descrito anteriormente, el filtro de macropartículas 100 de la modalidad está constituido por el género no tejido que presenta las dimensiones predeterminadas y que de este modo es capaz de recoger de manera dispersiva las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados existentes en los gases de escape. Se ha considerado el mecanismo expuesto a continuación para tomar y recoger de forma activa las macropartículas de tipo hollín en el género no tejido. El mecanismo de recogida estimado se describe a continuación de forma resumida.

La figura 19 muestra de manera conceptual la estructura en sección transversal de un género no tejido de un metal resistente al calor. Los círculos rayados del dibujo representan respectivamente las secciones transversales de fibras del género no tejido. El género no tejido está constituido por numerosas fibras entremezcladas de forma intrincada y presenta numerosas vías de acceso tridimensionales que se conectan entre sí de un modo complicado.

La figura 19(a) muestra de manera conceptual la estructura en sección transversal de un nuevo género no tejido. En este caso se asume que los gases de escape fluyen hacia abajo. Debido a la variación en la distribución de las fibras, se forman aberturas de varios tamaños sobre la superficie del género no tejido. Incluso las aberturas pequeñas son suficientemente grandes para las moléculas gaseosas de los gases de escape. De este modo, el flujo de los gases de escape pasa a través de toda la superficie del género no tejido de una manera prácticamente uniforme. En el dibujo de la figura 19(a), los flujos de los gases de escape entre las fibras del género no tejido vienen representados esquemáticamente por las flechas gruesas.

A medida que el flujo de los gases de escape pasa a través del género no tejido, las macropartículas de tipo hollín incluidas en los gases de escape quedan atrapadas entre las fibras y obstruyen gradualmente las aberturas de la superficie del género no tejido. Las pequeñas aberturas de la superficie del género no tejido quedan obstruidas con las macropartículas de tipo hollín y los flujos de los gases de escape se dirigen a las aberturas relativamente grandes sin obstruir, como se muestra en la figura 19(b). Los flujos de los gases de escape que pasan a través del género no tejido se juntan por tanto con los flujos procedentes de las aberturas relativamente grandes de la superficie que quedan sin obstruir. En el dibujo de la figura 19(b), las macropartículas de tipo hollín vienen representadas esquemáticamente por pequeños círculos negros.

El flujo integrado de los gases de escape aumenta la velocidad de flujo y causa un importante gradiente de presión en la vía de acceso. Este fenómeno se puede comparar con la colisión del flujo contra las fibras del género no tejido para producir una presión grande. Como se ha mencionado anteriormente, las vías de acceso formadas dentro del género no tejido comunican entre sí de una manera complicada. La presión más elevada del flujo integrado en la vía de acceso hace que el flujo se desvíe inmediatamente hacia las otras vías de acceso. De este modo, la presión diferencial antes y después del género no tejido no aumenta a o por encima de un nivel establecido previamente, sino que se mantiene en un intervalo fijo.

La figura 19(c) muestra de manera conceptual la bifurcación de las principales corrientes hacia las otras vías de acceso. A medida que el flujo de los gases de escape se ramifica en el género no tejido, las macropartículas que contienen carbono de tipo hollín, incluidas en los gases de escape, son recogidas por todo el área del género no tejido. Incluso en el caso de que un cierto punto del género no tejido quede obstruido con hollín, la conexión tridimensional de las vías de acceso permite que el flujo se bifurque inmediatamente hacia las otras vías de acceso. Concretamente, incluso cuando un cierto punto del género no tejido queda obstruido con hollín y con las otras macropartículas, el recorrido de flujo de los gases de escape se altera automáticamente hacia nuevas vías de acceso. Esta disposición asegura la recogida dispersa del hollín y de las otras macropartículas.

Como se ha descrito anteriormente, el filtro de macropartículas 100 de la modalidad se emplea para recoger las macropartículas que contienen carbono de tipo hollín incluidas en los gases de escape y para la combustión espontánea del hollín y de otras macropartículas así recogidas. Esta disposición regula y reduce fácilmente las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape sin ningún control especial.

Puesto que las macropartículas recogidas que contienen carbono inician espontáneamente la combustión, no se requiere ningún tratamiento que consuma mano de obra para estimar el estado de recogida del hollín e iniciar la combustión. Esta disposición asegura la regulación y reducción eficaces de las macropartículas que contienen carbono presentes en los gases de escape.

Las macropartículas recogidas que contienen carbono de tipo hollín y los compuestos hidrocarbonados inician de forma espontánea la combustión, de manera que no existe posibilidad de que el filtro se obstruya y se rompa.

El simple acoplamiento del filtro de macropartículas de la modalidad en el tubo de combustión interna convencional proporciona un sistema de control de la emisiones extremadamente simple y altamente fiable. El simple acoplamiento del filtro de macropartículas reduce también de manera importante el coste de fabricación del sistema de control de las emisiones.

B-5. Intervalos de dimensiones deseadas del género no tejido

Como se ha descrito anteriormente, el filtro de macropartículas 100 de la modalidad recoge las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados presentes en los gases de escape de una manera dispersiva, para poner en contacto con el oxígeno de los gases de escape las macropartículas y los compuestos hidrocarbonados respectivamente. Esto permite la combustión de las macropartículas recogidas presentes en los gases de escape a una temperatura más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono. Este fenómeno no se observa en el caso del género no tejido metálico que tiene el pequeño diámetro de poros del filtro alveolar de cordierita como anteriormente se ha descrito. Para conseguir con éxito la función de regeneración espontánea, las dimensiones del género no tejido deberán encontrarse en un intervalo previamente establecido. Se requieren otros experimentos sistemáticos para especificar el intervalo previamente establecido. De acuerdo con los resultados de los experimentos realizados hasta ahora, es al menos preferible que el diámetro interior medio de los poros formados dentro del género no tejido se encuentre en el intervalo de 5 a 25 \mum aproximadamente. A continuación se expone el motivo de dicha especificación.

Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 19, en el filtro de macropartículas 100 de la modalidad, el recorrido de flujo de los gases de escape cambia automáticamente en el género no tejido para recoger de manera dispersa las macropartículas que contienen carbono y los compuestos hidrocarbonados. Con el fin de permitir el cambio del recorrido de flujo de los gases de escape, las aberturas grandes no obstruidas deberán estar presentes en una cierta relación con respecto a las aberturas formadas por los poros en la superficie del género no tejido, mientras que las aberturas pequeñas quedan obstruidas con las macropartículas recogidas que contienen carbono (véase figuras 19(b) y 19(c)). Dado que las aberturas grandes deberán estar presentes en una determinada relación, se requiere que el diámetro medio de poros del género no tejido sea mayor que un valor previamente establecido. En el ensayo con un género no tejido que tiene un diámetro medio de poros de 5 \mum, el filtro de macropartículas se obstruyó pronto. Por tanto, es preferible que el diámetro medio de poros del género no tejido sea mayor de 5 \mum aproximadamente. Los resultados de los ensayos mostrados en la figura 16 apoyan dicha especificación.

Por el contrario, cuando el género no tejido tiene un diámetro medio de poros extremadamente grande, las aberturas de la superficie del género no tejido resultan obstruidas fuertemente. De este modo, el recorrido de flujo de los gases de escape no cambia en el género no tejido. Esto prueba que el diámetro medio de poros del género no tejido deberá ser menor de un valor previamente establecido. En el ensayo con un género no tejido que tiene un diámetro medio de poros de 25 \mum, al contrario que en el filtro de macropartículas de la modalidad, no se observó la función de regeneración espontánea. Por tanto, es preferible que el diámetro medio de poros sea menor de 25 \mum aproximadamente.

En la descripción aquí ofrecida, el diámetro medio de poros representa el valor medio del diámetro de poros medido de acuerdo con la ecuación de Washburn. Cuando el filtro se impregna en un líquido, el diámetro más pequeño de los poros acentúa la posibilidad de que los poros resulten obstruidos por la tensión superficial del líquido y aumente con ello la resistencia al flujo de aire del filtro. La ecuación de Washburn observa este fenómeno y especifica la relación de la presión diferencial antes y después del filtro con la tensión superficial de un líquido, el ángulo de contacto el líquido con el filtro y el diámetro de poros del filtro. La medición de acuerdo con la ecuación de Washburn se emplea profusamente para obtener la distribución de diámetros de poros y, por tanto, no es necesario entrar aquí en mayores detalles al respecto. Concretamente, el diámetro medio de poros es el diámetro de poros que tienen un volumen acumulado de poros del 50% medido de acuerdo con la ecuación de Washburn. El valor numérico del diámetro medio de poros varía respecto a la medición por otro método conocido.

Desde el punto de vista de la durabilidad del filtro de macropartículas 100, el diámetro medio de poros del género no tejido es con preferencia del orden de 11 a 13 \mum aproximadamente. A continuación se describe el motivo de dicha especificación.

El deterioro del filtro de macropartículas 100 puede ser causado por la acumulación en el filtro de las macropartículas, conocidas como cenizas. Los componentes metálicos tales como Ca, G y Zn incluidos en aditivos del aceite del motor se combinan con el azufre del combustible para formar sulfatos. Los sulfatos se depositan como cenizas. Los sulfatos metálicos son térmicamente estables. Las cenizas acumuladas en el filtro no se someten a combustión al contrario que las macropartículas que contienen carbono, sino que obstruyen el filtro de macropartículas 100. Con vistas a evaluar la durabilidad con respecto a las cenizas, se realizó un ensayo de durabilidad de varios filtros de macropartículas que tienen diferentes diámetros medios de poros con un motor diesel en donde de manera intencionada se ha aumentado la cantidad de cenizas. Más concretamente, se evaluó la función de regeneración espontánea después de un tiempo de 20 horas en la condición de carga total en un motor que presenta un consumo de 5 veces de aceite del motor.

La figura 20 muestra el resumen de los resultados del ensayo. El ensayo evaluó tres filtros de macropartículas de géneros no tejidos que tienen diámetros medios de poros de 10 \mum, 12 \mum y 14 \mum. Cualquiera de los nuevos filtros de macropartículas presenta la función de regeneración espontánea. El "círculo doble" en la figura 20 demuestra que se ha observado la función de regeneración espontánea favorable. El filtro de macropartículas que tiene un diámetro medio de poros de 12 \mum presentaba la función de regeneración espontánea favorable incluso después del ensayo de durabilidad. Por otro lado, tanto el filtro que tiene el diámetro medio de poros de 10 \mum como el filtro que tiene el diámetro medio de poros de 14 \mum resultaron obstruidos en el transcurso del ensayo de durabilidad y se rompieron durante la evaluación. Por tanto, en cualquiera de los casos no pudo observarse la función de regeneración espontánea.

Después del ensayo de durabilidad, el género no tejido de cada filtro fue observado con un microscopio óptico. En el género no tejido que tiene el diámetro medio de poros de 10 \mum, todavía podían observarse las fibras en la superficie del flujo de salida de los gases de escape (la superficie en la salida), mientras que apenas pudieron observarse fibras en la superficie del flujo de entrada de los gases de escape (la superficie de la entrada) que resultó obstruida con cenizas y presentaba acumulación de las macropartículas que contienen carbono. Por el contrario, en el género no tejido que tiene el diámetro medio de poros de 14 \mum, la superficie en la entrada no resultó obstruida, mientras que las aberturas formadas entre las fibras sobre la superficie en la salida resultaron obstruidas por las cenizas y por las macropartículas que contienen carbono. En el género no tejido que tiene el diámetro medio de poros de 12 \mum, las cenizas se adhirieron a ciertas fibras del género no tejido tanto sobre la superficie en la entrada como sobre la superficie en la salida. Sin embargo, las aberturas entre las fibras no resultaron obstruidas en absoluto por las cenizas.

La figura 21 muestra de manera conceptual la variación en el estado de obstrucción a medida que varía el diámetro medio de poros del género no tejido. El dibujo muestra la sección transversal del filtro de macropartículas 100 a lo largo de parte de las vías de acceso formadas entre el género no tejido 106 y la lámina corrugada 108 del filtro de macropartículas 100. Los gases de escape entran desde el lado izquierdo del dibujo al interior del filtro, pasan a través del género no tejido 106 como se indica por las flechas y se dirigen hacia el lado derecho del dibujo. Las partes rellenas representan esquemáticamente la acumulación de cenizas y de macropartículas que contienen carbono sobre la superficie del género no tejido.

La figura 21(a) muestra el filtro de macropartículas que tiene el diámetro medio de poros de 10 \mum. En el caso del género no tejido que presenta un diámetro medio de poros de 10 \mum, las cenizas y las macropartículas que contienen carbono se acumulan localmente sobre la superficie del género no tejido en la entrada, es decir, sobre la superficie de entrada de los gases de escape, para obstruir los poros del género no tejido. La figura 21(b) muestra el filtro de macropartículas que tiene el diámetro medio de poros de 12 \mum. En el caso del género no tejido que presenta un diámetro medio de poros de 12 \mum, las cenizas se dispersan uniformemente por toda la superficie del género no tejido, mientras que la función de regeneración espontánea causa la combustión de las macropartículas que contienen carbono. De este modo, las macropartículas que contienen carbono no se acumulan en un grado importante y no obstruyen los poros. La figura 21(c) muestra el filtro de macropartículas que tiene un diámetro medio de poros de 14 \mum. En el caso del género no tejido que tiene un diámetro medio de poros de 14 \mum, las cenizas y las macropartículas que contienen carbono no se acumulan en un grado importante sobre la superficie en la entrada, sino que se acumulan localmente sobre la superficie en la salida, es decir, la superficie de salida de los gases de escape, para obstruir los poros del género no tejido.

El mayor diámetro medio de poros del género no tejido conduce a la localización y acumulación de las cenizas y de las macropartículas que contienen carbono sobre la superficie del género no tejido en la salida. Esto puede ser atribuido al hecho de que el mayor diámetro de poros hace más difícil el cambio del recorrido de flujo de los gases de escape que pasan a través del género no tejido. Como se ha explicado anteriormente con referencia a la figura 19, el filtro de macropartículas 100 de la modalidad recoge de manera dispersiva las macropartículas que contienen carbono a través del cambio del recorrido de flujo de los gases de escape por el género no tejido. Cuando el género no tejido tiene un diámetro medio de poros grande, las macropartículas que contienen carbono y las cenizas no se depositan sobre la superficie del género no tejido en la entrada. Sin embargo, la ausencia de cambio del recorrido de flujo de los gases de escape se traduce en la localización y acumulación de las cenizas y de las macropartículas que contienen carbono cerca de la salida.

Como se ha descrito anteriormente, cuando el diámetro medio de poros del género no tejido no es mayor de 10 \mum, las cenizas y las macropartículas que contienen carbono pueden acumularse sobre la superficie del género no tejido de la entrada, para obstruir el filtro de macropartículas después del uso del mismo durante un tiempo prolongado. Por otro lado, cuando el diámetro medio de poros del género no tejido no es menor de 14 \mum, las cenizas y las macropartículas que contienen carbono pueden acumularse sobre la superficie del género no tejido en la salida, para obstruir el filtro de macropartículas después de utilizar el mismo durante un tiempo prolongado. En consecuencia, es preferible que el género no tejido del filtro de macropartículas tenga un diámetro medio de poros del orden de 11 a 13 \mum aproximadamente. Algunos experimentos han demostrado que se obtienen los mejores resultados cuando el género no tejido tenía un diámetro medio de poros de 12 \mum \pm 10%.

La descripción anterior se refiere al diámetro medio de poros del género no tejido. El control del diámetro de poros del género no tejido en el intervalo antes indicado especifica de manera automática el intervalo deseable del diámetro de las fibras del género no tejido. Cuanto mayor sea del diámetro de poros más baja será la densidad de las fibras del género no tejido. La menor densidad de las fibras hace que descienda la resistencia del género no tejido. Con el fin de compensar la resistencia más baja como consecuencia de una densidad menor de las fibras, cada una de las fibras deberá tener un diámetro más grande. Para asegurar una resistencia suficiente del género no tejido, el diámetro más grande de los poros conduce a un diámetro más grande de las fibras. De forma empírica se conoce también que los factores que rodean a la fabricación del género no tejido suelen hacer que el diámetro de las fibras aumente con el incremento del diámetro de los poros. Debido a estos motivos, es conveniente que el diámetro de las fibras no sea menor de 15 \mum aproximadamente y no mayor de 20 \mum aproximadamente, para obtener el diámetro medio de poros del género no tejido del orden de 11 a 13 \mum aproximadamente.

C. Modificaciones

El dispositivo de control de emisiones expuesto anteriormente puede ser modificado de varias formas. La figura 22 muestra ejemplos modificados de la estructura de acoplamiento del filtro de macropartículas 100. A continuación se describen dichos ejemplos modificados.

(1) Primer ejemplo modificado

La figura 22(a) muestra una estructura de acoplamiento según un primer ejemplo modificado. En el primer ejemplo modificado, está formada una proyección 126 sobre la cara circunferencial interior del porta-filtro 40 en una posición correspondiente a la entrada al espacio de separación 124. La proyección 126 formada sobre la cara circunferencial interior del porta-filtro 40 intercepta el flujo de los gases de escape e impide el flujo directo de los gases de escape al interior del espacio 124. Esta disposición restringe así el flujo de los gases de escape al interior del espacio 124. Esto hace descender la cantidad de transmisión de calor al porta-filtro 40 y con ello el filtro de macropartículas 100 se mantiene a una temperatura suficientemente alta.

(2) Segundo ejemplo modificado

La figura 22(b) muestra una estructura de acoplamiento según un segundo ejemplo modificado. En el segundo ejemplo modificado, está formado un escalón sobre la cara circunferencial interior del porta-filtro 40 para interferir con el flujo directo de los gases de escape al interior del espacio de separación 124. Esta disposición restringe así el flujo de los gases de escape al interior del espacio 124.

En el segundo ejemplo modificado, el escalón formado sobre la cara circunferencial interior del porta-filtro 40 está cerca del extremo del filtro de macropartículas 100. Por tanto, se proporciona una restricción 128 entre el extremo del filtro y el escalón. La restricción 128 interfiere con la entrada de los gases de escape y restringe el flujo de los gases de escape al interior del espacio 124. Esto hace descender la cantidad de transmisión de calor al porta-filtro 40 y con ello el filtro de macropartículas 100 se mantiene a una temperatura suficientemente alta.

Tercer ejemplo modificado

La figura 22(c) muestra una estructura de acoplamiento según un tercer ejemplo modificado. En el tercer ejemplo modificado, está dispuesto un elemento de aislamiento térmico 130 sobre la circunferencia exterior en el extremo del filtro de macropartículas 100. El espacio de separación 124 está definido por detrás del elemento de aislamiento térmico 130 en el acoplamiento del filtro de macropartículas 100. En la estructura de acoplamiento del tercer ejemplo modificado, el elemento de aislamiento térmico 130 intercepta el flujo de los gases de escape al interior del espacio 124 y de este modo el filtro de macropartículas 100 se mantiene a temperatura elevada.

En la estructura del tercer ejemplo modificado, el elemento de aislamiento térmico 130 guía al filtro de macropartículas 100 y mantiene al filtro de macropartículas 100 separado del porta-filtro 40 en un intervalo fijo. Esto facilita de manera conveniente el acoplamiento del filtro.

En la estructura del tercer ejemplo modificado, el elemento de aislamiento térmico 130 está dispuesto solo sobre la circunferencia exterior en el extremo del filtro de macropartículas 100. De otro modo, el elemento de aislamiento térmico 130 puede disponerse sobre toda la circunferencia exterior.

(4) Cuarto ejemplo modificado

El filtro de macropartículas 100 de una estructura modificada se puede aplicar para el dispositivo de control de emisiones de la modalidad. La figura 23 muestra esquemáticamente la estructura del filtro de macropartículas 100 empleado en un cuarto ejemplo modificado. Para mayor claridad, la sección transversal del filtro de macropartículas 100 se ilustra parcialmente en la figura 23. El filtro de macropartículas 100 del cuarto ejemplo modificado tiene un elemento de guía 103 en el receptáculo 102. El elemento de guía 103 conduce el flujo de gases de escape al interior del filtro de macropartículas 100. Esta disposición permite que la temperatura del filtro suba eficazmente al utilizar también eficazmente la presión dinámica de los gases de escape.

En la estructura del cuarto ejemplo modificado, el elemento de guía 103 está previsto en el receptáculo 102 del filtro de macropartículas 100 y separado del porta-filtro 40 por medio del espacio de separación 124. Parte de la energía térmica de los gases de escape puede ser transferida al elemento de guía 103 cuando los gases de escape son conducidos por el elemento de guía 103 y fluyen al interior del filtro de macropartículas 100. Esta disposición impide que la energía térmica transferida sea liberada al porta-filtro 40, pero hace que la energía térmica se utilice para subir la temperatura del filtro, manteniendo así el filtro de macropartículas 100 a elevada temperatura.

(5) Quinto ejemplo modificado

La figura 24 muestra esquemáticamente la estructura del filtro de macropartículas 100 empleado en un quinto ejemplo modificado. Para mayor claridad, la sección transversal del filtro de macropartículas 100 se ilustra parcialmente en la figura 24. En el filtro de macropartículas 100 del quinto ejemplo modificado, el extremo del elemento 104 se extiende desde el receptáculo 102. Esta disposición impide la liberación de calor desde el filtro al receptáculo 102 en el extremo en el proceso de conversión de la presión dinámica de los gases de escape en calor y, de este modo, asegura una subida rápida de temperatura en el extremo del filtro. El gradiente de temperatura en el interior del filtro permite que el extremo del filtro se mantenga a una temperatura mayor que la temperatura de la otra parte del filtro.

(6) Sexto ejemplo modificado

En las estructuras de la modalidad y ejemplos modificados expuestas anteriormente, el filtro de macropartículas 100 se proporciona para cada una de las cámaras de combustión. Sin embargo, no es esencial proporcionar el filtro de macropartículas 100 para cada una de las cámaras de combustión. Según una modificación posible, el flujo de los gases de escape procedentes de las múltiples cámaras de combustión se reúne en un flujo de unión y el filtro de macropartículas se dispone en la unión. En el ejemplo mostrado en la figura 25, el flujo de los gases de escape procedentes de cada dos o tres cilindros se reúne en un flujo de unión y el filtro de macropartículas se dispone en cada una de las uniones. Puede que no exista espacio suficiente para disponer el filtro cerca de la cámara de combustión. Resulta relativamente sencillo encontrar el espacio suficiente en la unión. Esta disposición permite así que el filtro de macropartículas 100 tenga un tamaño mayor o una configuración óptima.

(7) Séptimo ejemplo modificado

En cualquiera de la modalidad y ejemplos modificados que se han descrito anteriormente, el filtro de macropartículas 100 puede combinarse con un catalizador para la reducción de NOx o con algún otro catalizador. Esta aplicación se describe a continuación como un séptimo ejemplo modificado.

La figura 26 ilustra un sistema de control de emisiones según el séptimo ejemplo modificado en donde el filtro de macropartículas 100 de la modalidad se combina con un catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción. El catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción absorbe óxidos de nitrógeno de los gases de escape siempre que esté presente un exceso de oxígeno en los gases de escape, e inicia la reducción de los óxidos de nitrógeno absorbidos con los compuestos hidrocarbonados y monóxido de carbono incluidos en los gases de escape con un descenso en la concentración de oxígeno de los gases de escape. La absorción y reducción iterativas de los óxidos de nitrógeno regula y disminuye de un modo eficaz los óxidos de nitrógeno presentes en los gases de escape.

En el sistema de control de emisiones mostrado en la figura 26, las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape son reguladas y disminuidas aguas arriba del catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción. Esta disposición evita de manera conveniente el problema potencial de que el catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción aguas abajo quede recubierto con hollín descendiendo así su rendimiento.

El catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción libera oxígeno activo en el proceso de absorción de óxidos de nitrógeno en los gases de escape o en el proceso de reducción de los óxidos de nitrógeno absorbidos. El oxígeno activo tiene una reactividad extremadamente alta y causa fácilmente la combustión de las macropartículas que contienen carbono. El uso combinado del catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción aguas abajo del filtro de macropartículas 100, asegura así la regulación y omisión de las macropartículas que contienen carbono en el catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción aguas abajo, incluso cuando las macropartículas que contienen carbono pasan a través del filtro de macropartículas 100.

En algunos casos, el filtro de macropartículas de la modalidad se puede disponer aguas abajo del catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción, para regular y disminuir de un modo eficaz los óxidos de nitrógeno y el hollín presentes en los gases de escape. Por ejemplo, en el caso de una emisión relativamente pequeña del hollín pero de una emisión significativamente grande de los óxidos de nitrógeno, el catalizador de tres vías 200 del tipo de reducción de NOx por absorción se dispone aguas arriba del filtro de macropartículas. En esta disposición, los compuestos hidrocarbonados se alimentan inmediatamente después del inicio de la reducción de los óxidos de nitrógeno, con lo que los óxidos de nitrógeno disminuyen así rápidamente.

La modalidad anterior y sus modificaciones han de ser consideradas en todos los aspectos como ilustrativas y de ningún modo como limitativas. Pueden realizarse muchas modificaciones, cambios y alteraciones sin desviarse por ello del alcance o espíritu de las características principales de la presente invención. Por tanto, todos los cambios dentro del significado y grado de equivalencia de las reivindicaciones han de ser considerados como incluidos en las mismas.

Por ejemplo, en la modalidad y ejemplos modificados anteriores, el aire puede ser suministrado aguas arriba del filtro de macropartículas 100 por medio de una válvula de alimentación o una bomba de accionamiento mecánico. El suministro de oxígeno a los gases de escape de acuerdo con las necesidades acelera de forma favorable la reacción con oxígeno de los compuestos hidrocarbonados recogidos.

Sobre el género no tejido puede disponerse un catalizador metálico que tenga una actividad de oxidación adecuada, tal como Fe, Cu y Co. Dicho catalizador metálico acelera la reacción de los compuestos hidrocarbonados recogidos con el oxígeno de los gases de escape a baja temperatura y asegura de forma favorable la combustión de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

En las estructuras de la modalidad y ejemplos modificados anteriores, el filtro de macropartículas se acopla por medio del porta-filtro 40. Sin embargo, el filtro de macropartículas puede introducirse directamente en y fijarse a la lumbrera de escape de la culata de los cilindros sin utilizar el porta-filtro 40. De otro modo, el filtro de macropartículas puede insertarse en y fijarse al colector de escape aguas abajo 16.

Aplicación industrial

Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo de control de emisiones de la presente invención asegura la regulación y reducción de un modo fácil y seguro de las macropartículas que contienen carbono presentes en los gases de escape, durante un largo período de tiempo, sin que se requiera un control específico para subir la temperatura de los gases de escape o sin utilizar cualquier metal noble precioso. De este modo, la técnica de la presente invención se aplica preferentemente a los filtros de emisiones para controlar las emisiones de diversos motores de combustión interna, a dispositivos de control de emisiones con dicho filtro, así como a motores de combustión interna con el dispositivo de control de las emisiones para diversos vehículos y embarcaciones y motores de combustión interna estacionarios.

Claims

1. Un filtro de emisiones (100) para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape de un motor de combustión interna,

comprendiendo dicho filtro de emisiones (100) un medio de filtración resistente al calor (106) que recoge de una manera dispersiva un compuesto hidrocarbonado y las macropartículas que contienen carbono presentes en los gases de escape, para poner en contacto las macropartículas y el compuesto hidrocarbonado respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape, y hacer con ello que el compuesto hidrocarbonado recogido se someta a combustión con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, y en donde se utiliza el calor de reacción del compuesto hidrocarbonado recogido con el oxígeno incluido en los gases de escape, con el fin de que las macropartículas recogidas que contienen carbono se sometan a combustión,

en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) es un género no tejido e incluye múltiples vías de acceso, que se conectan entre sí de un modo tridimensional dentro de dicho medio de filtración, que desembocan en una superficie de dicho medio de filtración y que tienen un diámetro medio interior del orden de 11 \mum a 13 \mum.

2. Un filtro de emisiones según la reivindicación 1, en donde dicho medio de filtración resistente al calor utiliza especies activas producidas por la reacción del compuesto hidrocarbonado recogido con el oxígeno incluido en los gases de escape, además del calor de la reacción, con el fin de someter a combustión las macropartículas recogida que contienen carbono.

3. Un filtro de emisiones según la reivindicación 1, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) atrapa en el mismo las macropartículas que contienen carbono y el compuesto hidrocarbonado.

4. Un filtro de emisiones según la reivindicación 3, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) utiliza la variación de presión de los gases de escape de dicho motor de combustión interna para recoger de manera dispersiva las macropartículas que contienen carbono y el compuesto hidrocarbonado.

5. Un filtro de emisiones según la reivindicación 1, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) convierte en calor la energía de fluidificación de los gases de escape de dicho motor de combustión interna, con el fin de elevar la propia temperatura de dicho medio de filtración resistente al calor.

6. Un filtro de emisiones según la reivindicación 5, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) se calienta empleando una subida de temperatura en el proceso de compresión de los gases de escape por medio de una presión dinámica.

7. Un filtro de emisiones según la reivindicación 1, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) es un género no tejido constituido por fibras resistentes al calor que tienen un diámetro medio del orden de 15 \mum a 20 \mum.

8. Un filtro de emisiones según la reivindicación 7, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) es un género no tejido que tiene un espesor del orden de 0,4 mm a 0,5 mm.

9. Un filtro de emisiones según la reivindicación 1, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) cambia el recorrido de flujo de los gases de escape que fluyen a través de las múltiples vías de acceso en el transcurso de la recogida de las macropartículas que contienen carbono y del compuesto hidrocarbonado.

10. Un filtro de emisiones según la reivindicación 9, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) cambia el recorrido de flujo de los gases de escape que fluyen a través de las múltiples vías de acceso cuando una pérdida de presión en el transcurso de la recogida alcanza un valor de tres a cuatro veces el valor inicial.

11. Un dispositivo de control de emisiones aplicable a un motor de combustión interna para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape, en donde dicho motor de combustión interna comprende una cámara de combustión y un conducto de escape (16) para descargar los gases de escape de dicha cámara de combustión,

comprendiendo dicho dispositivo de control de las emisiones:

un filtro de emisiones (100) según la reivindicación 1 que está unido a dicho conducto de escape (16) para recoger las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape; y

una sección de aislamiento térmico que está interpuesta entre dicho filtro de emisiones y dicho conducto de escape.

12. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicho motor de combustión interna está provisto de una pluralidad de dichas cámaras de combustión y de un colector de escape (16) que unifica los flujos de los gases de escape desde dicha pluralidad de cámaras de combustión hasta por lo menos un tubo de escape (17); y

dicho filtro de emisiones (100) está dispuesto en dicho colector de escape (16).

13. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicha sección de aislamiento térmico (124) consiste en un espacio formado entre dicho filtro de emisiones (100) y dicho conducto de escape.

14. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 13, en donde dicha sección de aislamiento térmico consiste en un espacio entre dicho filtro de emisiones (100) y dicho conducto de escape, y que tiene un extremo abierto al recorrido de flujo de los gases de escape y que se estrecha en la abertura.

15. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 13, en donde dicha sección de aislamiento térmico consiste en un espacio entre dicho filtro de emisiones y dicho conducto de escape, y que tiene un extremo abierto al recorrido de flujo de los gases de escape y presenta un grosor no mayor de 1 mm.

16. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicho filtro de emisiones está unido a dicho conducto de escape por medio de un elemento de aislamiento térmico.

17. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicho filtro de emisiones tiene un recipiente para recibir en el mismo a dicho medio de filtración resistente al calor, y dicho recipiente está provisto de un elemento de guía que conduce los gases de escape descargados desde dicha cámara de combustión a dicho medio de filtración resistente al calor.

18. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicho filtro de emisiones tiene un recipiente para recibir en el mismo a dicho medio de filtración resistente al calor, y dicho medio de filtración resistente al calor queda recibido en dicho recipiente, de manera que un extremo de dicho medio de filtración se proyecta hacia dicha cámara de combustión.

19. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 11, en donde dicho motor de combustión interna comprende un sobrealimentador que utiliza la energía de fluidificación de los gases de escape para accionar una turbina, con el fin de sobrealimentar aire de inducción de dicho motor de combustión interna, y en donde dicho filtro de emisiones tiene una resistencia al flujo que es de 1/2 a 2/3 de la resistencia al flujo de dicho sobrealimentador en un lado de dicha turbina.

20. Un dispositivo de control de emisiones aplicable a un motor de combustión interna para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape, en donde dicho motor de combustión interna comprende una pluralidad de cámaras de combustión y unifica los flujos de los gases de escape desde dicha pluralidad de cámaras de combustión hasta por lo menos una unión, con anterioridad a la emisión,

comprendiendo dicho dispositivo de control de las emisiones:

un filtro de emisiones según la reivindicación 1 que está dispuesto en dicha unión o en dichas uniones, en donde se unifican los flujos de los gases de escape procedentes de dicha pluralidad de cámaras de combustión, para recoger un compuesto hidrocarbonado y las macropartículas que contienen carbono que se encuentran en los gases de escape.

21. Un dispositivo de control de emisiones según la reivindicación 20, en donde dicho motor de combustión interna unifica los flujos de los gases de escape descargados desde cada dos o tres cámaras de combustión a una lumbrera de escape, con anterioridad a la emisión, y dicho filtro de emisiones está dispuesto en cada lumbrera de escape, en donde se unifican los flujos de los gases de escape descargados desde cada dos o tres cámaras de combustión.

22. Un método de control de emisiones que regula y reduce las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo dicho método de control de las emisiones las etapas de:

utilizar un medio de filtración resistente al calor para recoger, de manera dispersiva, un compuesto hidrocarbonado y las macropartículas que contienen carbono y que están presentes en los gases de escape, para poner en contacto las macropartículas y el compuesto hidrocarbonado respectivamente con el oxígeno incluido en los gases de escape, en donde dicho medio de filtración resistente al calor (106) es un género no tejido e incluye múltiples vías de acceso que se conectan entre sí de una manera tridimensional dentro de dicho medio de filtración, que están abiertas a una superficie de dicho medio de filtración y que tienen un diámetro interior medio del orden de 11 \mum a 13 \mum, y

hacer que el compuesto hidrocarbonado recogido y las macropartículas recogidas que contienen carbono se sometan a combustión con los gases de escape que tienen una temperatura de entrada en el filtro más baja que la temperatura de combustión de las macropartículas que contienen carbono, para regular y reducir así las macropartículas que contienen carbono, y

\newpage

utilizar el calor de reacción del compuesto hidrocarbonado con el oxígeno incluido en los gases de escape, con el fin de someter a combustión las macropartículas recogidas que contienen carbono.

23. Un método de control de emisiones según la reivindicación 22, cuyo método de control de emisiones comprende además la etapa de:

conducir un suministro de oxígeno a los gases de escape, con el fin de acelerar la reacción con oxígeno de al menos cualquiera del compuesto hidrocarbonado recogido y de las macropartículas recogidas que contienen carbono.

24. Un método de control de emisiones según la reivindicación 22, cuyo método de control de emisiones comprende además la etapa de:

disponer un catalizador de reducción de NOx aguas abajo de dicho medio de filtración resistente al calor, para disminuir los óxidos de nitrógeno incluidos en los gases de escape.

25. Un método de control de emisiones según la reivindicación 24, en donde el catalizador de reducción de NOx es un catalizador que absorbe los óxidos de nitrógeno siempre que esté presente un exceso de oxígeno en los gases de escape, y reduce los óxidos de nitrógeno absorbidos con un descenso en la concentración de oxígeno en los gases de escape, para disminuir así los óxidos de nitrógeno presentes en los gases de escape.

26. Un método de control de emisiones según la reivindicación 22 aplicable a un motor de combustión interna para regular y reducir las macropartículas que contienen carbono incluidas en los gases de escape, en donde dicho motor de combustión interna comprende una cámara de combustión y un conducto de escape para descargar los gases de escape de dicha cámara de combustión,

cuyo método de control de las emisiones comprende además la etapa de:

disponer un filtro de emisiones, que comprende un medio de filtración resistente al calor, en dicho conducto de escape, de tal manera que se forma una sección de aislamiento térmico entre dicho filtro de emisiones y dicho conducto de escape.