ES2282917T3 - Dispositivo de purificacion de gases de escape de motor de combustion interna de tipo ignicion por compresion. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de purificación de gases de escape para un motor de combustión interna de tipo ignición por compresión (1) que tiene un catalizador de captura de SO, , (11) dispuesto en un paso de gases de escape del motor (13) y que puede capturar el SO, , contenido en gases de escape y que tiene un catalizador de almacenamiento de NO, (12) dispuesto en el paso de gases de escape (13) aguas abajo del catalizador de captura de SO, (11), almacenando el catalizador de almacenamiento de NO, (12) el NO, contenido en gases de escape cuando la relación aire-combustible de los gases de escape de entrada es pobre y liberando el NO, almacenado cuando la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen se convierte en la relación aire-combustible estequiométrica o se enriquece, en el que dicho catalizador de captura de SO, (11) captura el SO, contenido en los gases de escape cuando la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen hacia el catalizador de captura de SO, (11) espobre, caracterizándose el dispositivo de purificación de gases de escape por el catalizador de captura de SO, (11) que tiene la propiedad de que el SO, capturado difunde gradualmente hacia el catalizador de captura de SO, (11) cuando la temperatura del catalizador de captura de SO, (11) aumenta a una relación aire-combustible pobre de los gases de escape, y tiene la propiedad de liberar el SO, capturado cuando la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen hacia el catalizador de captura de SO, (11) llega a ser rica si la temperatura del catalizador de captura de SO, (11) es la temperatura de liberación de SO, o mayor; dicho dispositivo está provisto de medios de control de la relación aire-combustible (30)que continúan durante el funcionamiento del motor para mantener pobre la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen hacia el catalizador de captura de SO, (30), sin permitir que llegue a ser rica, y medios de estimación (30) para estimar una tasa de captura de SO, que muestra una relación de SO, capturada en el catalizador de captura de SO, (11) en el SO, contenido en los gases de escape; y dicho dispositivo hace que aumente la temperatura del catalizador de captura de SO, (11) a una relación aire-combustible pobre de los gases de escape cuando la tasa de captura de SO, se sitúa por debajo de una tasa predeterminada de manera que de ese modo se restablece la tasa de captura de SO.
Description
Dispositivo de purificación de gases de escape
de motor de combustión interna de tipo ignición por compresión.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de purificación de gases de escape de un motor de
combustión interna de tipo ignición por compresión.
En la técnica se conoce un motor de combustión
interna que tiene dispuesto en un paso de gases de escape del motor
un catalizador de almacenamiento de NO_{x} que almacena el
NO_{x} contenido en gases de escape cuando la relación
aire-combustible de los gases de escape de entrada
es pobre y libera el NO_{x} almacenado cuando la relación
aire-combustible de los gases de escape de entrada
llega a ser la relación aire-combustible
estequiométrica o rica. En este motor de combustión interna, el
NO_{x} producido cuando se quema el combustible con una relación
aire-combustible pobre se almacena en el catalizador
de almacenamiento de NO_{x}. Por otra parte, cuando la capacidad
de almacenamiento de NO_{x} del catalizador de almacenamiento de
NO_{x} se aproxima a la saturación, la relación
aire-combustible de los gases de escape se enriquece
temporalmente y de
\hbox{ese modo se libera el NO _{x} del catalizador de almacenamiento de NO _{x} y se reduce.}
Sin embargo, el combustible y el aceite
lubricante contienen azufre. Por tanto, los gases de escape
contienen SO_{x} Este SO_{x} se almacena en el catalizador de
almacenamiento de NO_{x} junto con el NO_{x}. Sin embargo, este
SO_{x} no se libera del catalizador de almacenamiento de NO_{x}
sólo con enriquecer la relación aire-combustible de
los gases de escape. Por tanto, la cantidad de SO_{x} almacenada
en el catalizador de almacenamiento de NO_{x} aumenta
gradualmente. Como resultado, la cantidad de NO_{x} que puede
almacenarse acaba disminuyendo gradualmente.
Por tanto, en la técnica se conoce un motor de
combustión interna que tiene un absorbente de SO_{x} dispuesto en
el paso de gases de escape del motor aguas arriba del catalizador
de almacenamiento de NO_{x} de manera que evita que el SO_{x}
sea enviado al catalizador de almacenamiento de NO_{x} (véase la
publicación de patente japonesa no examinada (Kokai) número
2000-145436). En este motor de combustión interna,
el absorbente de SO_{x} absorbe el SO_{x} contenido en los gases
de escape. Por tanto, se evita que el SO_{x} fluya hacia el
catalizador de almacenamiento de NO_{x}. Como resultado puede
evitarse que se reduzca la capacidad de almacenamiento de NO_{x}
debido al almacenamiento de SO_{x}.
Sin embargo, cuando se usa un absorbente de
SO_{x} de este tipo, si la capacidad de absorción de SO_{x} del
absorbente de SO_{x} acaba saturándose, el SO_{x} acabará
fluyendo hacia el catalizador de almacenamiento de NO_{x}. Sin
embargo, con este absorbente de SO_{x}, si se aumenta la
temperatura del absorbente de SO_{x} y se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el absorbente de SO_{x}, es posible liberar el SO_{x}
absorbido del absorbente de SO_{x} y por tanto es posible
restablecer el absorbente de SO_{x}. Sin embargo, si se libera de
esta manera el SO_{x} del absorbente de SO_{x}, el SO_{x}
liberado acabará almacenándose en el catalizador de almacenamiento
de NO_{x}. Por tanto, en este motor de combustión interna se
proporciona un paso de derivación que evita el catalizador de
almacenamiento de NO_{x}. Cuando se libera el SO_{x} del
absorbente de SO_{x}, el SO_{x} liberado se expulsa a la
atmósfera a través del paso de derivación.
En el absorbente de SO_{x} anterior, al
aumentar la temperatura del absorbente de SO_{x} y enriquecerse
de esta manera la relación aire-combustible de los
gases de escape que fluyen hacia el absorbente de SO_{x}, es
posible liberar el SO_{x} del absorbente de NO_{x}. Sin
embargo, de esta manera el SO_{x} sólo se libera poco a poco del
absorbente de SO_{x}. Por tanto, para liberar todo el SO_{x}
absorbido del absorbente de SO_{x} la relación
aire-combustible debe enriquecerse durante un largo
tiempo y por tanto existe el problema de que se hace necesaria una
gran cantidad de combustible o un agente reductor. Además, el
SO_{x} liberado del absorbente de SO_{x} se expulsa a la
atmósfera. Tampoco se prefiere esto.
De esta manera, cuando se usa un absorbente de
SO_{x}, si no se controla la liberación de SO_{x} acaban
surgiendo límites en la capacidad de absorción de SO_{x}. Por
tanto, cuando se usa un absorbente de SO_{x} debe controlarse la
liberación de SO_{x}. Sin embargo, si la liberación de SO_{x}
está controlada, es decir, hasta que se haga que el SO_{x} se
libere del absorbente de SO_{x}, surge el problema anterior.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de purificación de gases de escape de
un motor de combustión interna de tipo ignición por compresión que
pueda suprimir la acción de liberación de SO_{x} de un catalizador
de captura de SO_{x}, a la vez que mantiene la alta capacidad de
almacenamiento de NO_{x} de un catalizador de almacenamiento de
NO_{x}.
Según la presente invención, se proporciona un
dispositivo de purificación de gases de escape para un motor de
combustión interna de tipo ignición por compresión que tiene un
catalizador de captura de SO_{x} dispuesto en un paso de gases de
escape del motor y que puede capturar el SO_{x} contenido en gases
de escape y que tiene un catalizador de almacenamiento de NO_{x}
dispuesto en el paso de gases de escape aguas abajo del catalizador
de captura de SO_{x}, almacenando el catalizador de
almacenamiento de NO_{x} el NO_{x} contenido en gases de escape
cuando la relación aire-combustible de los gases de
escape de entrada es pobre y liberando el NO_{x} almacenado
cuando la relación aire-combustible de los gases de
escape que fluyen llega a ser la relación
aire-combustible estequiométrica o rica, en el que
el catalizador de captura de SO_{x} captura el SO_{x} contenido
en los gases de escape cuando la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador de captura de SO_{x} es pobre, tiene la
propiedad de que el SO_{x} capturado difunde gradualmente dentro
del catalizador de captura de SO_{x} cuando la temperatura del
catalizador de captura de SO_{x} sube por debajo de una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape, y
tiene la propiedad de liberar el SO_{x} capturado cuando la
relación aire-combustible de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador de captura de SO_{x} llega a ser rica
si la temperatura del catalizador de captura de SO_{x} es la
temperatura de liberación de SO_{x} o mayor; el dispositivo está
provisto de medios de control de la relación
aire-combustible para seguir manteniendo pobre
durante el funcionamiento del motor la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador de captura de SO_{x}, sin permitir que
llegue a ser rica, y medios de estimación para estimar una tasa de
captura de SO_{x} que muestra una relación de SO_{x} capturado
en el catalizador de captura de SO_{x} en el SO_{x} contenido
en los gases de escape; y el dispositivo hace que aumente la
temperatura del catalizador de captura de SO_{x} por debajo de
una relación aire-combustible pobre de los gases de
escape cuando la tasa de captura de SO_{x} se sitúa por debajo de
una tasa predeterminada, de manera que de ese modo se restablece la
tasa de captura de SO_{x}.
La fig. 1 es una vista general de un motor de
combustión interna de tipo ignición por compresión;
la fig. 2 es una vista general de otra
realización de un motor de combustión interna de tipo ignición por
compresión;
la fig. 3 es una vista general de otra
realización más de un motor de combustión interna de tipo ignición
por compresión;
las fig. 4A y 4B son vistas de la estructura de
un filtro particulado;
la fig. 5 es una vista en sección de una parte
de la superficie del soporte de catalizador de un catalizador de
almacenamiento de NO_{x};
la fig. 6 es una vista en sección de una parte
de la superficie de un soporte de catalizador de un catalizador de
captura de SO_{x};
la fig. 7 es una vista de una tasa de captura de
SO_{x};
la fig. 8 es una vista para explicar el control
de aumento de la temperatura;
la fig. 9 es una vista que muestra una
regulación de la inyección;
las fig. 10A a 10C son vistas de la relación
entre una cantidad de SO_{x} almacenada \SigmaSOX1 y una
cantidad de SO_{x} almacenada SO(n) para el control de
aumento de la temperatura, etc.;
la fig. 11 es un diagrama de tiempos de cambios
en la cantidad de SO_{x} almacenada \SigmaSOX1, etc.;
la fig. 12 es un diagrama de flujo para usar una
primera realización del procedimiento de estabilización de
SO_{x};
la fig. 13 es un diagrama de flujo para usar una
segunda realización del procedimiento de estabilización de
SO_{x};
la fig. 14 es un diagrama de tiempos del
procedimiento de estabilización de SO_{x};
la fig. 15 es un diagrama de tiempos del control
de aumento de la temperatura de un filtro particulado;
la fig. 16 es un diagrama de tiempos del control
de liberación de SO_{x};
las fig. 17A y 17B son vistas de un mapa NOXA de
cantidad de NO_{x} almacenada, etc.; y
la fig. 18 es un diagrama de flujo para ejecutar
procedimientos para el procedimiento para el catalizador de
almacenamiento de NO_{x}.
La figura 1 muestra una vista general de un
motor de combustión interna de tipo ignición por compresión.
Con referencia a la figura 1, 1 indica un cuerpo
de motor, 2 una cámara de combustión de cada cilindro, 3 un
inyector de combustible controlado electrónicamente para inyectar
combustible en cada cámara de combustión 2, 4 un colector de
admisión y 5 un colector de escape. El colector 4 de admisión está
conectado a través de un conducto 6 de admisión a una salida de un
compresor 7a de un turbocompresor 7 de escape. La entrada del
compresor 7a está conectada a un filtro 8 de aire. Dentro del
conducto 6 de admisión está dispuesta una válvula 9 de mariposa
accionada por un motor paso a paso. Además, alrededor del conducto
6 de admisión está dispuesto un dispositivo 10 de refrigeración
(refrigerador intermedio) para refrigerar el aire de admisión que
fluye a través del interior del conducto 6 de admisión. En la
realización mostrada en la figura 1, el agua de refrigeración del
motor se conduce dentro del dispositivo 10 de refrigeración. El
agua de refrigeración del motor enfría el aire de admisión. Por otra
parte, el colector 5 de escape está conectado a una entrada de una
turbina 7b de gases de escape del turbocompresor 7 de escape,
mientras que la salida de la turbina 7b de gases de escape está
conectada a una entrada de un catalizador 11 de captura de SO_{x}.
Además, la salida del catalizador 11 de captura de SO_{x} está
conectada a través de un tubo 13 de escape a un catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}. El tubo 13 de escape está provisto de
una válvula 14 de suministro de agente reductor para suministrar un
agente reductor que comprende, por ejemplo, hidrocarburos en los
gases de escape que fluyen a través del interior del tubo 13 de
escape.
El colector 5 de escape y el colector 4 de
admisión están conectados entre sí a través de un paso 15 de
recirculación de gases de escape (denominado en lo sucesivo una
"EGR"). El paso 15 de EGR está provisto de una válvula 16 de
control de EGR controlada electrónicamente. Además, alrededor del
paso 15 de EGR está dispuesto un dispositivo 17 de refrigeración
para refrigerar el gas de EGR que fluye a través del interior del
paso 15 de EGR. En la realización mostrada en la figura 1, el agua
de refrigeración del motor se conduce dentro del dispositivo 17 de
refrigeración. El agua de refrigeración del motor enfría el gas de
EGR. Por otra parte, cada inyector 3 de combustible está conectado
a través de un tubo 18 de alimentación de combustible a un raíl 19
común. Este raíl 19 común se suministra con combustible de una
bomba 20 de combustible de descarga variable controlada
electrónicamente. El combustible suministrado dentro del raíl 19
común se suministra a través de cada tubo 18 de alimentación de
combustible al inyector 3 de combustible.
Una unidad 30 de control electrónico está
comprendida por un ordenador digital provisto de una memoria 32 de
sólo lectura (ROM), una memoria 33 de acceso aleatorio (RAM), un
microprocesador 34 (CPU), un puerto 35 de entrada y un puerto 36 de
salida, todos conectados entre sí mediante un bus 31 bidireccional.
El catalizador 11 de captura de SO_{x} está provisto de un sensor
21 de temperatura para detectar la temperatura del catalizador 11
de captura de SO_{x}. El catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x} está provisto de un sensor 22 de temperatura para detectar
la temperatura del catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. Las
señales de salida de los sensores 21 y 22 de temperatura entran a
través de conversores 37 A/D correspondientes al puerto 35 de
entrada. Además, el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}
está provisto de un sensor 23 de presión diferencial para detectar
la presión diferencial antes y después del catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}. La señal de salida del sensor 23 de
presión diferencial entra a través del conversor 37 A/D
correspondiente al puerto 35 de entrada.
Un pedal 40 del acelerador tiene un sensor 41 de
carga que genera una tensión de salida proporcional a la cantidad
de accionamiento L del pedal 40 del acelerador conectado a él. La
tensión de salida del sensor 41 de carga entra a través de un
conversor 37 A/D correspondiente al puerto 35 de entrada. Además, el
puerto 35 de entrada tiene un sensor 42 del ángulo del cigüeñal que
genera un pulso de salida cada vez que el cigüeñal gira, por
ejemplo, 15 grados conectado a él. Por otra parte, el puerto 36 de
salida está conectado a través de circuitos 38 excitadores
correspondientes a los inyectores 3 de combustible, el motor paso a
paso de la válvula 9 de mariposa, la válvula 14 de suministro de
agente reductor, la válvula 16 de control de EGR y la bomba 20 de
combustible.
La figura 2 muestra otra realización de un motor
de combustión interna de tipo ignición por compresión. En esta
realización, además de la válvula 14 de suministro de agente
reductor unida al tubo de escape 13, un tubo 5a colector, por
ejemplo del cilindro número 1 del colector 5 de escape, está
provisto de una válvula 24 de suministro de hidrocarburo para
suministrar, por ejemplo, hidrocarburos.
Por otra parte, la figura 3 muestra otra
realización más de un motor de combustión interna de tipo ignición
por compresión. En esta realización, el tubo 13 de escape está
provisto de un sensor 25 de SO_{x} para detectar la concentración
de SO_{x} en los gases de escape que fluyen del catalizador 11 de
captura de SO_{x}.
En primer lugar, explicando el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x} mostrado en la figura 1 a figura 3, el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} está soportado sobre
un soporte de monolito con estructura de malla tridimensional o
soportes de gránulos o está soportado sobre un filtro particulado
con estructura de panal de abeja. De esta manera, el catalizador 12
de almacenamiento de NO_{x} puede soportarse sobre diversos tipos
de soportes, pero la explicación se hará a continuación en el caso
de que el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se soporte
sobre un filtro particulado.
Las figuras 4A y 4B muestran la estructura del
filtro 12a particulado que soporta el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}. Obsérvese que la figura 4A es una vista
frontal del filtro 12a particulado, mientras que la figura 4B es una
vista en sección lateral del filtro 12a particulado. Como se
muestra en las figuras 4A y 4B, el filtro 12a particulado forma una
estructura de panal de abeja y está provisto de una pluralidad de
pasos 60 y 61 de gases de escape que se extienden paralelamente
entre sí. Estos pasos de gases de escape están comprendidos por
pasos 60 de entrada de gases de escape con extremos aguas abajo
sellados por tapones 62 y pasos 61 de salida de gases de escape con
extremos aguas arriba sellados por tapones 63. Obsérvese que las
partes sombreadas en la figura 4A muestran tapones 63. Por tanto,
los pasos 60 de entrada de gases de escape y los pasos 61 de salida
de gases de escape están dispuestos de forma alterna a través de
particiones 64 de pared fina. En otras palabras, los pasos 60 de
entrada de gases de escape y los pasos 61 de salida de gases de
escape están dispuestos de tal manera que cada paso 60 de entrada
de gases de escape está rodeado por cuatro pasos 61 de salida de
gases de escape, y cada paso 61 de salida de gases de escape está
rodeado por cuatro pasos 60 de entrada de gases de escape.
El filtro 12a particulado está formado de un
material poroso tal como por ejemplo cordierita. Por tanto, los
gases de escape que fluyen hacia los pasos 60 de entrada de gases
de escape fluyen hacia los pasos 61 de salida de gases de escape
contiguos a través de las particiones 64 de alrededor, como se
muestra por las flechas en la figura 4B.
Cuando el catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x} se soporta de esta manera sobre el filtro 12a particulado,
las paredes periféricas de los pasos 60 de entrada de gases de
escape y los pasos 61 de salida de gases de escape, es decir, las
superficies de los dos lados de las particiones 64 y las paredes
interiores de los orificios finos de las particiones 64 soportan un
soporte de catalizador que comprende alúmina. La figura 5 muestra
esquemáticamente la sección transversal de la parte de la
superficie de este soporte 45 de catalizador. Como se muestra en la
figura 5, el soporte 45 de catalizador soporta un catalizador 46 de
metal precioso difundido en su superficie. Además, el soporte 45 de
catalizador se forma con una capa de un absorbente 47 de NO_{x}
sobre su superficie.
En esta realización de la presente invención se
usa platino Pt como el catalizador 46 de metal precioso. Como
componente que forma el absorbente 47 de NO_{x} puede usarse, por
ejemplo, al menos un elemento seleccionado de potasio K, sodio Na,
cesio Cs u otro metal alcalino, bario Ba, calcio Ca u otro
alcalinotérreo, lantano La, itrio Y u otra tierra rara.
Si la relación de aire y combustible
(hidrocarburos) suministrada al paso de admisión del motor, a las
cámaras 2 de combustión y al paso de gases de escape aguas arriba
del catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se denomina en lo
sucesivo "relación aire-combustible de los gases
de escape", el absorbente 47 de NO_{x} realiza una acción de
absorción y liberación de NO_{x} de almacenar el NO_{x} cuando
la relación aire-combustible de los gases de escape
es pobre y liberar el NO_{x} almacenado cuando desciende la
concentración de oxígeno en los gases de escape.
Es decir, si se explica esto tomando como
ejemplo el caso de uso de bario Ba como el componente que forma el
absorbente 47 de NO_{x}, cuando la relación
aire-combustible de los gases de escape es pobre, es
decir, cuando la concentración de oxígeno en los gases de escape es
alta, el NO contenido en los gases de escape se oxida sobre el
platino 46 Pt como se muestra en la figura 5 para convertirse en
NO_{2}, luego se absorbe en el absorbente 47 de NO_{x} y difunde
en el absorbente 47 de NO_{x} en forma de iones ácido nítrico
NO_{3}^{-}, a la vez que se une con el óxido de bario BaO. De
esta manera, el NO_{x} se absorbe en el absorbente 47 de
NO_{x}. Mientras que la concentración de oxígeno en los gases de
escape sea alta, el NO_{2} se produce sobre la superficie del
platino 46 Pt. Mientras que la capacidad de absorción de NO_{x}
del absorbente 47 de NO_{x} no llegue a saturarse, el NO_{2} se
absorbe en el absorbente 47 de NO_{x} y se producen iones ácido
nítrico NO_{3}^{-}.
A diferencia de esto, al suministrar un agente
reductor de la válvula 14 de suministro de agente reductor para
enriquecer la relación aire-combustible de los
gases de escape o hacer estequiométrica la relación
aire-combustible, como la concentración de oxígeno
en los gases de escape desciende, la reacción avanza en la
dirección inversa (NO_{3}^{-} \rightarrow NO_{2}) y por
tanto los iones ácido nítrico NO_{3}^{-} en el absorbente 47 de
NO_{x} se liberan del absorbente 47 de NO_{x} en forma de
NO_{2}. A continuación, el NO_{x} liberado se reduce por los
hidrocarburos no quemados o el CO se incluye en los gases de
escape.
De esta manera, cuando la relación
aire-combustible de los gases de escape es pobre,
es decir, cuando se quema combustible a una relación
aire-combustible pobre, el NO_{x} en los gases de
escape se absorbe en el absorbente 47 de NO_{x}. Sin embargo, si
continúa quemándose combustible a una relación
aire-combustible pobre, la capacidad de absorción de
NO_{x} del absorbente 47 de NO_{x} acabará saturándose durante
ese tiempo y por tanto el absorbente 47 de NO_{x} acabará sin
poder absorber más NO_{x}. Por tanto, en esta realización según la
presente invención, antes de que se sature la capacidad de
absorción del absorbente 47 de NO_{x} se suministra un agente
reductor de la válvula 14 de suministro de agente reductor de
manera que temporalmente se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape y de ese
modo se libera el NO_{x} del absorbente 47 de NO_{x}.
Sin embargo, los gases de escape contienen
SO_{x}, es decir, SO_{2}. Cuando este SO_{2} fluye hacia el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}, este SO_{2} se
oxida en el platino 46 Pt y se convierte en SO_{3}. A
continuación, este SO_{2} se absorbe en el absorbente 47 de
NO_{x} y se une con el óxido de bario BaO mientras que difunde en
el absorbente 47 de NO_{x} en forma de iones sulfato
SO_{4}^{2} para producir el sulfato estable BaSO_{4}. Sin
embargo, el absorbente 47 de NO_{x} tienen una fuerte basicidad,
por lo que este sulfato BaSO_{4} es estable y difícil de
descomponer. Si ahora se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape, el sulfato
BaSO_{4} permanecerá sin descomponerse. Por tanto, el sulfato
BaSO_{4} aumentará con el paso del tiempo en el absorbente 47 de
NO_{x} y por tanto la cantidad de NO_{x} que puede absorber el
absorbente 47 de NO_{x} descenderá con el paso del tiempo.
Sin embargo, en este caso, como se explica al
principio, si aumenta la temperatura del catalizador 11 de
almacenamiento de NO_{x} a la temperatura de liberación de
SO_{x} de 600°C o más y en ese estado se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 11 de almacenamiento de NO_{x}, el SO_{x}
se liberará del absorbente 47 de NO_{x}. Sin embargo, en este
caso, el SO_{x} sólo se liberará poco a poco del absorbente 47 de
NO_{x}. Por tanto, para liberar todo el SO_{x} absorbido del
absorbente 47 de SO_{x}, la relación
aire-combustible debe enriquecerse durante un largo
tiempo y por tanto existe el problema de que llegue a ser necesaria
una gran cantidad de combustible o un agente reductor. Además, el
SO_{x} liberado del absorbente 47 de SO_{x} se expulsa a la
atmósfera. Tampoco se prefiere esto.
\newpage
Por tanto, en la presente invención, un
catalizador de captura de SO_{x} está dispuesto aguas arriba del
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} y este catalizador 11
de captura de SO_{x} se usa para capturar el SO_{x} contenido en
los gases de escape y de ese modo evitar que el SO_{x} fluya
hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. A
continuación se explicará este catalizador 11 de captura de
SO_{x}.
El catalizador 11 de captura de SO_{x} está
comprendido por, por ejemplo, un catalizador monolítico con
estructura de panal de abeja y tiene un gran número de orificios
pasantes de gases de escape que se extienden en línea recta en la
dirección axial del catalizador 11 de captura de SO_{x}. Cuando se
forma de esta manera el catalizador 11 de captura de SO_{x} a
partir de un catalizador monolítico con estructura de panal de
abeja, las paredes periféricas interiores de los orificios pasantes
de gases de escape soportan un soporte de catalizador que comprende,
por ejemplo, alúmina. La figura 6 muestra esquemáticamente la
sección transversal de la parte de la superficie de este soporte 50
de catalizador. Como se muestra en la figura 6, el soporte 50 de
catalizador se forma con una capa 51 recubierta sobre su
superficie. Además, la capa 51 recubierta soporta un catalizador 52
de metal precioso difundido sobre su superficie.
En esta realización de la presente invención se
usa platino Pt como el catalizador 52 de metal precioso. Como
componente que forma la capa 51 recubierta puede usarse, por
ejemplo, al menos un elemento seleccionado de potasio K, sodio Na,
cesio Cs u otro metal alcalino, bario Ba, calcio Ca u otro
alcalinotérreo, lantano La, itrio Y u otra tierra rara. Es decir, la
capa 51 recubierta del catalizador 11 de captura de SO_{x}
presenta una fuerte basicidad.
Por tanto, el SO_{x} contenido en los gases de
escape, es decir, el SO_{2}, se oxida en el platino 52 como se
muestra en la figura 6, luego se captura en la capa 51 recubierta.
Es decir, el SO_{2} difunde en la capa 51 recubierta en forma de
iones sulfato SO_{4}^{2-} para formar un sulfato. Obsérvese
que, como se explica anteriormente, la capa 51 recubierta presenta
una fuerte basicidad. Por tanto, parte del SO_{2} contenido en
los gases de escape se captura directamente en la capa 51
recubierta como se muestra en la figura 5.
La concentración en la capa 51 recubierta en la
figura 6 muestra la concentración de SO_{x} capturado. Como se
entenderá de la figura 6, la concentración de SO_{x} en la capa
51 recubierta es la más alta cerca de la superficie de la capa 51
recubierta y disminuye gradualmente cuanto más profunda sea. Si la
concentración de SO_{x} cerca de la superficie de la capa 51
recubierta aumenta, la basicidad de la superficie de la capa 51
recubierta se debilita y la capacidad de captura de SO_{x} se
debilita. Por tanto, si el porcentaje de SO_{x} capturado por el
catalizador 11 de captura de SO_{x} en el SO_{x} contenido en
los gases de escape se denomina en lo sucesivo "tasa de captura
de SO_{x}", la tasa de captura de SO_{x} desciende con la
basicidad de la superficie de la capa 51 recubierta,
debilitándose.
La figura 7 muestra los cambios en la tasa de
captura de SO_{x} con el tiempo. Como se muestra en la figura 7,
la tasa de captura de SO_{x} es al principio próxima al 100 por
cien, pero rápidamente desciende con el paso del tiempo. Por tanto,
en la presente invención, como se muestra en la figura 8, cuando la
tasa de captura de SO_{x} se sitúa por debajo de una tasa
predeterminada se realiza el control de aumento de la temperatura
para aumentar la temperatura del catalizador 11 de captura de
SO_{x} a una relación aire-combustible pobre de
los gases de escape y de ese modo se restablece la tasa de captura
de SO_{x}.
Es decir, si aumenta la temperatura del
catalizador 11 de captura de SO_{x} a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape, el
SO_{x} concentrado cerca de la superficie de la capa 51
recubierta difunde hacia la parte profunda de la capa 51 recubierta
de tal manera que la concentración de SO_{x} en la capa 51
recubierta llega a ser uniforme. Es decir, el sulfato producido en
la capa 51 recubierta cambia de un estado inestable concentrado
cerca de la superficie de la capa 51 recubierta a un estado estable
uniformemente difundido a lo largo de todo el interior de la capa
51 recubierta. Si el SO_{x} presente cerca de la superficie de la
capa 51 recubierta difunde hacia la parte profunda de la capa 51
recubierta, descenderá la concentración de SO_{x} cerca de la
superficie de la capa 51 recubierta. Por tanto, cuando se completa
el control de aumento de la temperatura del catalizador 11 de
captura de SO_{x}, la tasa de captura de SO_{x} se restablecerá
como se muestra en la figura 8.
Cuando se realiza el control de aumento de la
temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}, si se hace
que la temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x} sea
sustancialmente de 450°C más o menos, puede hacerse que el SO_{x}
presente cerca de la superficie de la capa 51 recubierta difunda en
la capa 51 recubierta. Si se aumenta la temperatura del catalizador
11 de captura de SO_{x} a aproximadamente 600°C, la concentración
de SO_{x} en la capa 51 recubierta puede igualarse
considerablemente. Por tanto, en el momento del control de aumento
de la temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x} se
prefiere aumentar la temperatura del catalizador 11 de captura de
SO_{x} a aproximadamente 600°C a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape.
Obsérvese que cuando se aumenta la temperatura
del catalizador 11 de captura de SO_{x}, si se enriquece la
relación aire-combustible de los gases de escape,
el SO_{x} acabará liberándose del catalizador 11 de captura de
SO_{x}. Por tanto, cuando se aumenta la temperatura del
catalizador 11 de captura de SO_{x}, puede no enriquecerse la
relación aire-combustible de los gases de escape.
Además, cuando aumenta la concentración de SO_{x} cerca de la
superficie de la capa 51 recubierta, aunque no aumente la
temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}, si se
enriquece la relación aire-combustible de los gases
de escape el SO_{x} acabará liberándose del catalizador 11 de
captura de SO_{x}. Por tanto, en la presente invención, cuando la
temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x} es la
temperatura de liberación de SO_{x} o más se evita que se
enriquezca la relación aire- combustible de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x}.
En la presente invención se supone
fundamentalmente que el catalizador 11 de captura de SO_{x} se
usará tal y como está sin sustituirlo desde el momento de compra
del vehículo hasta su fin de vida. En los últimos años se ha
reducido particularmente la cantidad de azufre contenida en el
combustible. Por tanto, si la capacidad del catalizador 11 de
captura de SO_{x} se alarga hasta un cierto punto, el catalizador
11 de captura de SO_{x} puede usarse tal y como está sin
sustituirlo hasta el fin de vida del vehículo. Por ejemplo, si la
distancia de rodaje potencial de un vehículo es 500.000 km, la
capacidad del catalizador 11 de captura de SO_{x} está hecha como
capacidad que permite que el SO_{x} continúe capturándose a una
alta tasa de captura de SO_{x} sin control de aumento de la
temperatura hasta aproximadamente 250.000 km. En este caso, el
control de aumento de la temperatura inicial se realiza a
aproximadamente 250.000 km.
A continuación se explicará el procedimiento
para aumentar la temperatura del catalizador 11 de captura de
SO_{x} con referencia a la figura 9.
Uno de los procedimientos efectivos para
aumentar la temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}
es el procedimiento de retrasar la regulación de la inyección de
combustible hasta después del punto muerto superior de compresión.
Es decir, normalmente, el combustible principal Q_{m}, se inyecta,
en la figura 9, cerca del punto muerto superior de compresión como
se muestra en (I). En este caso, como se muestra en (II) de la
figura 9, si se retrasa la regulación de la inyección del
combustible principal Q_{m}, el periodo de
post-combustión se llegará a ser más largo y por
tanto aumentará la temperatura de los gases de escape. Si aumenta la
temperatura de los gases de escape, la temperatura del catalizador
11 de captura de SO_{x} aumentará junto con ella.
Además, para aumentar la temperatura del
catalizador 11 de captura de SO_{x}, como se muestra en (III) de
la figura 9, también es posible inyectar combustible suplementario
Q_{v} cerca del punto muerto superior de admisión, además del
combustible principal Q_{m}. Si se inyecta adicionalmente de esta
manera combustible suplementario Q_{v}, el combustible que se
quema aumenta en exactamente la cantidad de combustible
suplementario Q_{v}, de manera que aumenta la temperatura de los
gases de escape y por tanto aumenta la temperatura del catalizador
11 de captura de SO_{x}.
Por otra parte, si se inyecta de esta manera
combustible suplementario Q_{v} cerca del punto muerto superior
de admisión, se producen aldehídos, cetonas, peróxidos, monóxido de
carbono y otros productos intermedios del combustible suplementario
Q_{v} debido al calor de compresión durante la carrera de
compresión. Estos productos intermedios aceleran la reacción del
combustible principal Q_{m}. Por tanto, en este caso, como se
muestra por (III) de la figura 9, aunque la regulación de la
inyección del combustible principal Q_{m} se retrasa enormemente,
se obtendrá una buena combustión sin fallos. Es decir, es posible
retrasar enormemente la regulación de la inyección del combustible
principal Q_{m} de manera que la temperatura de los gases de
escape llegará a ser considerablemente alta y por tanto la
temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x} puede
aumentarse rápidamente.
Además, para aumentar la temperatura del
catalizador 11 de captura de SO_{x}, como se muestra en (IV) de
la figura 9, también es posible inyectar combustible suplementario
Q_{p} durante la carrera de expansión o carrera de escape, además
del combustible principal Q_{m}. Es decir, en este caso, la mayor
parte del combustible suplementario Q_{p} no se quema y se
expulsa en el paso de gases de escape en forma de hidrocarburos no
quemados. Los hidrocarburos no quemados se oxidan por el exceso de
oxígeno sobre el catalizador 11 de captura de SO_{x}. El calor de
la reacción de oxidación que aparece en ese momento sube la
temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}.
Por otra parte, en el motor de combustión
interna mostrado en la figura 2, también es posible suministrar
hidrocarburos de la válvula 24 de suministro de hidrocarburo y usar
el calor de la reacción de oxidación de los hidrocarburos para
aumentar la temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}.
Además, es posible realizar cualquiera de las rutinas de control de
la inyección mostradas de (II) a (IV) de la figura 9 y suministrar
hidrocarburos de la válvula 24 de suministro de hidrocarburo.
Obsérvese que no importa qué procedimiento se usa para aumentar la
temperatura, la relación aire-combustible de los
gases de escape que fluyen hacia el catalizador 11 de captura de
SO_{x} no se ha enriquecido, pero se mantiene pobre.
A continuación se explicará una primera
realización del procedimiento de estabilización de SO_{x} en el
catalizador 11 de captura de SO_{x} con referencia a la figura
10A a la figura 12.
En la primera realización se estima la cantidad
de SO_{x} capturada por el catalizador 11 de captura de SO_{x}.
Cuando la cantidad de SO_{x} capturada por el catalizador 11 de
captura de SO_{x} exceda una cantidad predeterminada, entonces se
considera que la tasa de captura de SO_{x} ha descendido por
debajo de la tasa predeterminada. En este momento, para restablecer
la tasa de captura de SO_{x}, la temperatura del catalizador 11
de captura de SO_{x} se aumenta a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape en el
control de aumento de la temperatura.
Es decir, el combustible contiene una cierta
relación de azufre. Por tanto, la cantidad de SO_{x} contenida en
los gases de escape, es decir, la cantidad de SO_{x} capturada por
el catalizador 11 de captura de SO_{x}, es proporcional a la
cantidad de inyección de combustible. La cantidad de inyección de
combustible es una función del par motor requerido y la velocidad
del motor. Por tanto, la cantidad de SO_{x} capturada por el
catalizador 11 de captura de SO_{x} también se convierte en una
función del par motor requerido y la velocidad del motor. En esta
realización de la presente invención, la cantidad de SO_{x} SOXA
capturada por unidad de tiempo en el catalizador 11 de captura de
SO_{x} se almacena como una función del par motor requerido TQ y
la velocidad del motor N en forma de un mapa como se muestra en la
figura 10A por adelantado en la ROM 32.
Además, el aceite lubricante contiene una cierta
relación de azufre. La cantidad de aceite lubricante quemado en una
cámara 2 de combustión, es decir, la cantidad de SO_{x} contenida
en los gases de escape y capturada en el catalizador 11 de captura
de SO_{x}, se convierte en una función del par motor requerido y
la velocidad del motor. En esta realización de la presente
invención, la cantidad SOXB de SO_{x} contenido en el aceite
lubricante y capturada por unidad de tiempo en el catalizador 11 de
captura de SO_{x} se almacena como una función del par motor
requerido TQ y la velocidad del motor N en forma de un mapa como se
muestra en la figura 10B por adelantado en la ROM 32. La cantidad
de SO_{x} \SigmaSOX1 capturada en el catalizador 11 de captura
de SO_{x} se calcula mediante la suma acumulada de la cantidad de
SO_{x} SOXA y la cantidad de SO_{x} SOXB.
Además, en esta realización de la presente
invención, como se muestra en la figura 10C, la relación entre la
cantidad de SO_{x} \SigmaSOX1 y la cantidad de SO_{x}
predeterminada SO(n) cuando aumenta la temperatura del
catalizador 11 de captura de SO_{x} se almacena por adelantado.
Cuando la cantidad de SO_{x} \SigmaSOX1 excede la SO(n)
(n = 1, 2, 3,...) predeterminada se realiza el control de aumento de
la temperatura del catalizador 11 de captura de SO_{x}. Obsérvese
que en la figura 10C, n muestra el número de veces del
procedimiento de aumento de la temperatura. Como se entenderá de la
figura 10C, a medida que aumenta el número de veces n de
procedimiento de aumento de la temperatura para restablecer la tasa
de captura de SO_{x}, aumenta la cantidad predeterminada
SO(n). La tasa de aumento de la cantidad predeterminada
SO(n) se reduce cuanto mayor sea el número de veces n de
procedimiento. Es decir, la tasa de aumento de SO(d) a
SO(2) se reduce de la tasa de aumento de SO(2) a
SO(1).
Es decir, como se muestra por el diagrama de
tiempos de la figura 11, la cantidad \SigmaSOX1 de SO_{x}
capturada por el catalizador 11 de captura de SO_{x} continúa
aumentando con el paso del tiempo hasta el valor permisible MAX.
Obsérvese que en la figura 11, el tiempo cuando \SigmaSOX1 = MAX
es el tiempo de la distancia de rodaje de aproximadamente 500.000
km.
Por otra parte, en la figura 11, la
concentración de SO_{x} muestra la concentración de SO_{x}
cerca de la superficie del catalizador 11 de captura de SO_{x}.
Como se entenderá de la figura 11, cuando la concentración de
SO_{x} cerca de la superficie del catalizador 11 de captura de
SO_{x} excede el valor permisible SOZ, la temperatura T del
catalizador 11 de captura de SO_{x} aumenta a una relación
aire-combustible A/C pobre de los gases de escape en
el control de aumento de la temperatura. Cuando se realiza el
control de aumento de la temperatura desciende la concentración de
SO_{x} cerca de la superficie del catalizador 11 de captura de
SO_{x}, pero la cantidad de reducción de la concentración de
SO_{x} se hace más pequeña con cada rutina de control de aumento
de la temperatura. Por tanto, el periodo desde que se realiza una
rutina de control de aumento de la temperatura hasta que se realiza
el siguiente control de aumento de la temperatura se hace más corto
con cada rutina de control de aumento de la temperatura.
Obsérvese que, como se muestra en la figura 11,
la cantidad de SO_{x} capturada \SigmaSOX1 que alcanza
SO(1),
SO(2), ... significa la concentración de SO_{x} cerca de la superficie del catalizador 11 de captura de SO_{x} que alcanza el valor permisible SOZ.
SO(2), ... significa la concentración de SO_{x} cerca de la superficie del catalizador 11 de captura de SO_{x} que alcanza el valor permisible SOZ.
La figura 12 muestra la rutina para usar la
primera realización del procedimiento de estabilización de
SO_{x}.
Con referencia a la figura 12, en la etapa 100
se leen en primer lugar las cantidades SOXA y SOXB de SO_{x}
capturado por unidad de tiempo de la figura 10A y figura 10B. A
continuación, en la etapa 101 se añade la suma de estas SOXA y SOXB
a la cantidad de SO_{x} \SigmaSOX1. A continuación, en la etapa
102 se considera si la cantidad de SO_{x} \SigmaSOX1 ha
alcanzado la cantidad predeterminada SO(n) (n=1, 2, 3,...)
mostrada en la figura 10C. Cuando la cantidad de SO_{x}
\SigmaSOX1 ha alcanzado la cantidad predeterminada SO(n),
la rutina avanza a la etapa 103, en la que se realiza el control de
aumento de la temperatura.
La figura 13 y la figura 14 muestran una segunda
realización del procedimiento de estabilización de SO_{x}. En
esta realización, como se muestra en la figura 3, el sensor 25 de
SO_{x} está dispuesto aguas abajo del catalizador 11 de captura
de SO_{x}. Este sensor 25 de SO_{x} detecta la concentración de
SO_{x} en los gases de escape que fluyen del catalizador 11 de
captura de SO_{x}. Es decir, en la segunda realización, como se
muestra en la figura 14, cuando la concentración de SO_{x} en los
gases de escape detectada por el sensor 25 de SO_{x} excede la
concentración predeterminada SOY, se considera que la tasa de
captura de SO_{x} se sitúa por debajo de la tasa predeterminada.
En este momento, para restablecer la tasa de captura de SO_{x},
la temperatura T del catalizador 11 de captura de SO_{x} se
aumenta a una relación aire-combustible A/C pobre de
los gases de escape en el control de aumento de la temperatura.
La figura 13 muestra la rutina para usar la
segunda realización.
Con referencia a la figura 13, en la etapa 100
se lee en primer lugar la señal de salida del sensor 25 de
SO_{x}, por ejemplo la tensión de salida V. A continuación, en la
etapa 111 se considera si la tensión de alimentación V del sensor 25
de SO_{x} ha excedido un ajuste VX, es decir, si la concentración
de SO_{x} en los gases de escape ha excedido la concentración
predeterminada SOY. Cuando V > VX, es decir, cuando la
concentración de SO_{x} en los gases de escape ha excedido la
concentración predeterminada SOY, la rutina avanza a la etapa 112,
en la que se realiza el control de aumento de la temperatura.
A continuación se explicará el procedimiento
para el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} con referencia
a la figura 15 a figura 18.
En esta realización de la presente invención, la
cantidad NOXA de NO_{x} almacenada por unidad de tiempo en el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se almacena como una
función del par motor requerido TQ y la velocidad del motor N en
forma del mapa mostrado en la figura 17A por adelantado en la ROM
32. La cantidad \SigmaNOX de NO_{x} almacenada en el
catalizador 11 de almacenamiento de NO_{x} se calcula mediante la
suma acumulada de esta cantidad de NO_{x} NOXA. En esta
realización de la presente invención, como se muestra en la figura
15, cada vez que la cantidad de NO_{x} \SigmaNOX alcanza el
valor permisible NX, la relación aire-combustible
A/C de los gases de escape que fluyen hacia el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x} se enriquece temporalmente, por lo que se
libera el NO_{x} del catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x}.
Obsérvese que, cuando se enriquece la relación
aire-combustible A/C de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}, la
relación aire-combustible de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x} debe
mantenerse pobre. Por tanto, en esta realización de la presente
invención, un dispositivo de suministro de agente reductor, por
ejemplo, como se muestra en la figura 1 a figura 3, una válvula 14
de suministro de agente reductor, está dispuesto en el paso de
gases de escape entre el catalizador 11 de captura de SO_{x} y el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. Mediante el
suministro de agente reductor en el paso de gases de escape de la
válvula 14 de suministro de agente reductor cuando debe liberarse
NO_{x} del catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se
enriquece temporalmente la relación aire-combustible
de los gases de escape que fluyen hacia el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}.
Por otra parte, el material particulado
contenido en los gases de escape se captura sobre el filtro 12a
particulado que soporta el catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x} y se oxida sucesivamente. Sin embargo, si la cantidad de
material particulado capturado llega a ser mayor que la cantidad de
material particulado oxidado, el materia particulado se depositará
gradualmente sobre el filtro 12a particulado. En este caso, si
aumenta la deposición de material particulado, es necesario
eliminar el material particulado depositado. En este caso, si
aumenta la temperatura del filtro 12a particulado con un exceso de
aire a aproximadamente 600°C, el material particulado depositado se
oxida y se elimina.
Por tanto, en esta realización de la presente
invención, cuando la cantidad de material particulado depositado
sobre el filtro 12a particulado exceda la cantidad permisible, la
temperatura del filtro 12a particulado aumenta a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape y de
ese modo el material particulado depositado se elimina mediante
oxidación. Hablando explícitamente, en esta realización de la
presente invención, cuando la presión diferencial \DeltaP antes y
después del filtro 12a particulado detectada por el sensor 23 de
presión diferencial excede el valor permisible PX como se muestra
en la figura 15, se considera que la cantidad de material
particulado depositado ha excedido la cantidad permisible. En ese
momento, la relación aire-combustible de los gases
de escape que fluyen hacia el filtro 12a particulado se mantiene
pobre y la temperatura T del filtro 12a particulado se aumenta en
el control de aumento de la temperatura. Obsérvese que si la
temperatura T del filtro 12a particulado aumenta, la cantidad de
NO_{x} \SigmaNOX capturada desciende debido a la liberación de
NO_{x} del catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}.
Cuando deba aumentarse la temperatura del filtro
12a particulado, no tiene que aumentarse la temperatura en el
catalizador 11 de captura de SO_{x}. Por tanto, cuando se aumenta
la temperatura del filtro 12a particulado, el agente reductor se
suministra de la válvula 14 de suministro de agente reductor en el
intervalo en el que la relación aire-combustible de
los gases de escape pueda mantenerse pobre y el calor de la
reacción de oxidación del agente reductor se usa para aumentar la
temperatura T del filtro 12a particulado.
Por otra parte, cuando la tasa de captura de
SO_{x} por el catalizador 11 de captura de SO_{x} es del 100 por
cien, no fluye nada de SO_{x} hacia el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}. Por tanto, en este caso, no existe
absolutamente ningún peligro de que el SO_{x} se almacene en el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. A diferencia de esto,
cuando la tasa de captura de SO_{x} no es del 100 por cien,
aunque la tasa de captura de SO_{x} sea próxima al 100 por cien,
el SO_{x} se almacena en el catalizador de almacenamiento de
NO_{x}. Sin embargo, en este caso, la cantidad de SO_{x}
almacenada en el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} por
unidad de tiempo es extremadamente pequeña. Dicho esto, si pasa un
largo tiempo, en el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se
almacenará una gran cantidad de SO_{x}. Si se almacena una gran
cantidad de SO_{x}, debe hacerse que se libere el SO_{x}
almacenado.
Como se explica anteriormente, para conseguir
liberar el SO_{x} del catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x} es necesario hacer que la temperatura del catalizador 12
de almacenamiento de NO_{x} aumente hasta la temperatura de
liberación de SO_{x} y enriquecer la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. Por tanto, en
esta realización de la presente invención, como se muestra en la
figura 16, cuando la cantidad \SigmaSOX2 de SO_{x} almacenada
en el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} alcanza el valor
permisible SOX2, se hace que la temperatura T del catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x} aumente hasta la temperatura de
liberación de NO_{x} TX y se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. Obsérvese que
la cantidad SOXZ de SO_{x} almacenada en el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x} por unidad de tiempo se almacena como
una función del par motor requerido TQ y la velocidad del motor N
en forma de un mapa como se muestra en la figura 17B por adelantado
en la ROM 32. La cantidad de SO_{x} almacenada \SigmaSOX2 se
calcula mediante la suma acumulada de esta cantidad SOXZ de
SO_{x}.
Cuando se libera SO_{x} del catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}, si se enriquece la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x}, el SO_{x}
capturado en el catalizador 11 de captura de SO_{x} se liberará
del catalizador 11 de captura de SO_{x} y el SO_{x} liberado
acabará almacenándose en el catalizador 12 de almacenamiento de
NO_{x}. Por tanto, cuando se libera SO_{x} del catalizador 12
de almacenamiento de NO_{x}, no es posible enriquecer la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x}. Por consiguiente,
en esta realización según la presente invención, cuando el SO_{x}
deba liberarse del catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}, la
relación aire-combustible de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x} y el
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} se mantiene en primer
lugar pobre y se suministra un agente reductor de la válvula 14 de
suministro de agente reductor para aumentar la temperatura T del
catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} hasta la temperatura
de liberación de NO_{x} TX, luego se mantiene pobre la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 11 de captura de SO_{x} y la cantidad de
suministro de agente reductor de la válvula 14 de suministro de
agente reductor se reduce para enriquecer la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. Obsérvese
que en este caso también es posible cambiar de forma alterna la
relación aire-combustible de los gases de escape que
fluyen hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} entre
rica y pobre.
La figura 18 muestra la rutina de procedimiento
para el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}.
Con referencia a la figura 18, en la etapa 120
se calcula en primer lugar la cantidad NOXA de NO_{x} absorbida
por unidad de tiempo del mapa mostrado en la figura 17A. A
continuación, en la etapa 121, esta NOXA se añade a la cantidad de
NO_{x} \SigmaNOX almacenada en el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x}. A continuación, en la etapa 122 se
considera si la cantidad de NO_{x} almacenada \SigmaNOX ha
excedido el valor permisible NX. Cuando \SigmaNOX>NX, la rutina
avanza a la etapa 123, en la que se realiza el procedimiento de
enriquecimiento para cambiar temporalmente de pobre a rica la
relación aire-combustible de los gases de escape
que fluyen hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}
mediante el agente reductor suministrado de la válvula 14 de
suministro de agente reductor, y se borra \SigmaNOX.
A continuación, en la etapa 124, el sensor 23 de
presión diferencial se usa para detectar la presión diferencial
\DeltaP antes y después el filtro 12a particulado. A
continuación, en la etapa 125 se considera si la presión diferencial
\DeltaP ha excedido el valor permisible PX. Cuando
\DeltaP>PX, la rutina avanza a la etapa 126, en la que se
realiza el control de aumento de la temperatura del filtro 12a
particulado. Este control de aumento de la temperatura se realiza
manteniendo pobre la relación aire-combustible de
los gases de escape que fluyen hacia el filtro 12a particulado y
suministrando agente reductor de la válvula 14 de suministro de
agente reductor.
A continuación, en la etapa 127 se calcula la
cantidad de SO_{x} SOXZ almacenada por unidad de tiempo del mapa
mostrado en la figura 17B. A continuación, en la etapa 128, este
SOXZ se añade a la cantidad de SO_{x} \SigmaSOX2 almacenada en
el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x}. A continuación, en
la etapa 129 se considera si la cantidad de SO_{x} almacenada
\SigmaSOX2 ha excedido el valor permisible SX2. Cuando
\SigmaSOX2>SX2, la rutina avanza a la etapa 130, en la que se
mantiene pobre la relación aire-combustible de los
gases de escape que fluyen hacia el catalizador 12 de
almacenamiento de NO_{x} y se suministra agente reductor de la
válvula 14 de suministro de agente reductor para subir la
temperatura T del catalizador 11 de almacenamiento de NO_{x}
hasta la temperatura de liberación de SO_{x} TX en el control de
aumento de la temperatura. A continuación, en la etapa 131, el
agente reductor suministrado de la válvula 14 de suministro de
agente reductor se usa para mantener rica la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador 12 de almacenamiento de NO_{x} en el
procedimiento de enriquecimiento y se borra \SigmaSOX2.
Claims (10)
1. Un dispositivo de purificación de gases de
escape para un motor de combustión interna de tipo ignición por
compresión (1) que tiene un catalizador de captura de SO_{x} (11)
dispuesto en un paso de gases de escape del motor (13) y que puede
capturar el SO_{x} contenido en gases de escape y que tiene un
catalizador de almacenamiento de NO_{x} (12) dispuesto en el paso
de gases de escape (13) aguas abajo del catalizador de captura de
SO_{x} (11), almacenando el catalizador de almacenamiento de
NO_{x} (12) el NO_{x} contenido en gases de escape cuando la
relación aire-combustible de los gases de escape de
entrada es pobre y liberando el NO_{x} almacenado cuando la
relación aire-combustible de los gases de escape que
fluyen se convierte en la relación aire-combustible
estequiométrica o se enriquece, en el que dicho catalizador de
captura de SO_{x} (11) captura el SO_{x} contenido en los gases
de escape cuando la relación aire-combustible de los
gases de escape que fluyen hacia el catalizador de captura de
SO_{x} (11) es pobre, caracterizándose el dispositivo de
purificación de gases de escape por el catalizador de captura de
SO_{x} (11) que tiene la propiedad de que el SO_{x} capturado
difunde gradualmente hacia el catalizador de captura de SO_{x}
(11) cuando la temperatura del catalizador de captura de SO_{x}
(11) aumenta a una relación aire-combustible pobre
de los gases de escape, y tiene la propiedad de liberar el SO_{x}
capturado cuando la relación aire-combustible de los
gases de escape que fluyen hacia el catalizador de captura de
SO_{x} (11) llega a ser rica si la temperatura del catalizador de
captura de SO_{x} (11) es la temperatura de liberación de
SO_{x} o mayor; dicho dispositivo está provisto de medios de
control de la relación aire-combustible (30) que
continúan durante el funcionamiento del motor para mantener pobre
la relación aire-combustible de los gases de escape
que fluyen hacia el catalizador de captura de SO_{x} (30), sin
permitir que llegue a ser rica, y medios de estimación (30) para
estimar una tasa de captura de SO_{x} que muestra una relación de
SO_{x} capturada en el catalizador de captura de SO_{x} (11) en
el SO_{x} contenido en los gases de escape; y dicho dispositivo
hace que aumente la temperatura del catalizador de captura de
SO_{x} (11) a una relación aire-combustible pobre
de los gases de escape cuando la tasa de captura de SO_{x} se
sitúa por debajo de una tasa predeterminada de manera que de ese
modo se restablece la tasa de captura de SO_{x}.
2. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 1, en el que dicho
catalizador de captura de SO_{x} (11) está comprendido por una
capa recubierta (51) formada sobre un soporte de catalizador (50) y
un catalizador de metal precioso (52) mantenido sobre la capa
recubierta y la capa recubierta contiene difundido en ella un metal
alcalino, metal alcalinotérreo o metal de las tierras raras.
3. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 1, en el que la cantidad
de SO_{x} capturada en dicho catalizador de captura de SO_{x}
(11) se estima, se considera que la tasa de captura de SO_{x} se
sitúa por debajo de una tasa predeterminada cuando la cantidad de
SO_{x} capturada en el catalizador de captura de SO_{x} (11)
excede una cantidad predeterminada, y la tasa de captura de
SO_{x} se almacena en ese momento aumentando la temperatura del
catalizador de captura de SO_{x} (11) a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape.
4. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 3, en el que dicha
cantidad predeterminada se aumenta con un aumento en el número de
veces de procesamiento para restablecer la tasa de captura de
SO_{x} y la relación de aumento de la cantidad predeterminada se
reduce cuanto mayor sea el número de veces de procesamiento.
5. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 1, que dispone en un
paso de gases de escape (13) aguas abajo del catalizador de captura
de SO_{x} (11) de un sensor de SO_{x} (25) que puede detectar
una concentración de SO_{x} en gases de escape y calcula la tasa
de captura de SO_{x} de una señal de salida de dicho sensor de
SO_{x} (25).
6. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 5, en el que se
considera que la tasa de captura de SO_{x} se sitúa por debajo de
una tasa predeterminada cuando la concentración de SO_{x} en gases
de escape detectada por el sensor de SO_{x} (25) excede una
concentración predeterminada y en ese momento la tasa de captura de
SO_{x} se restablece aumentando la temperatura del catalizador de
captura de SO_{x} (11) a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape.
7. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 1, en el que en un paso
de gases de escape (13) entre el catalizador de captura de SO_{x}
(11) y el catalizador de almacenamiento de NO_{x} (12) está
dispuesto un dispositivo de suministro de agente reductor (14) y,
cuando NO_{x} debe liberarse del catalizador de almacenamiento de
NO_{x} (12), el agente reductor se alimenta del dispositivo de
suministro de agente reductor (14) al interior del paso de gases de
escape (13) para enriquecer temporalmente la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador de almacenamiento de NO_{x} (12).
8. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 1, en el que el
catalizador de almacenamiento de NO_{x} (12) se soporta sobre un
filtro particulado (12a) para capturar y oxidar material particulado
contenido en los gases de escape.
9. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 8, en el que la
temperatura del filtro particulado (12a) se aumenta a una relación
aire-combustible pobre de los gases de escape cuando
la cantidad de material particulado depositado sobre el filtro
particulado (12a) excede una cantidad permisible para eliminar el
material particulado depositado mediante oxidación.
10. Un dispositivo de purificación de gases de
escape como se expone en la reivindicación 7, en el que cuando el
SO_{x} se almacena en el catalizador de almacenamiento de
NO_{x} (12), la temperatura del catalizador de almacenamiento de
NO_{x} (12) se aumenta hasta la temperatura de liberación de
SO_{x} y el agente reductor del dispositivo de suministro de
agente reductor (14) se alimenta al interior del paso de gases de
escape (13) para enriquecer la relación
aire-combustible de los gases de escape que fluyen
hacia el catalizador de almacenamiento de NO_{x} (12).
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