ES2291790T3 - Aparato de purificacion de gas de escape y metodo para purificar gas de escape. - Google Patents

Aparato de purificacion de gas de escape y metodo para purificar gas de escape. Download PDF

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Abstract

Aparato (11) de purificación de gas de escape que comprende: un catalizador (32, 33, 34) de purificación de gas de escape que purifica el gas de escape emitido desde un motor (10); y un medio (41) de control de la regeneración que lleva a cabo el control de la regeneración, en el que el medio (41) de control de la regeneración regenera el catalizador (32, 33, 34) mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada sobre el catalizador (32, 33, 34), caracterizándose el aparato porque: cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración del catalizador, el medio (41) de control lleva a cabo el control de la regeneración, en el que los requisitos incluyen al menos un requisito relacionado con una temperatura del catalizador (32, 33, 34) y un requisito relacionado con una cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador (32, 33, 34) y porque el medio (41) de control lleva a cabo el control de la regeneración, cuando se satisfacen todos losrequisitos de regeneración, en el momento del rearranque del motor.

Description

Aparato de purificación de gas de escape y método para purificar gas de escape.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un aparato de purificación de gas de escape, que purifica un gas de escape emitido a partir de un motor con un catalizador de purificación de gas de escape. La presente invención se refiere también a un método para purificar el gas de escape.
Como aparato de purificación de gas de escape de un motor diésel, se conoce un aparato que recoge materia particulada (MP), incluida en un gas de escape, con un catalizador de purificación de gas de escape situado en el conducto de escape. Como forma de este aparato de purificación de gas de escape, por ejemplo, la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2002-106329 describe una tecnología de control que quema materia particulada para eliminarla cuando la materia particulada se acumula en más de una cantidad predeterminada en un catalizador de purificación de gas de escape, y regenera el catalizador de purificación de gas de escape.
Esta tecnología supone proporcionar una válvula de adición de combustible en un conducto de escape de manera separada de una válvula de inyección de combustible para accionar el motor y añadir combustible a partir de la válvula de adición de combustible en una sección aguas arriba del catalizador de purificación de gas de escape en el conducto de escape cuanto se satisfacen todos los requisitos de regeneración predeterminados. Según esta tecnología, el combustible añadido se quema en el catalizador de purificación de gas de escape para generar calor, y la temperatura (temperatura del catalizador) del catalizador de purificación de gas de escape aumenta hasta una temperatura que permite que la materia particulada se elimine (temperatura de eliminación de la materia particulada: aproximadamente 600ºC) y se quema la materia particulada.
En la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2002-106329 mencionada anteriormente, cuando la temperatura del catalizador supera la temperatura de ignición de partículas, que es superior a la temperatura a la que puede eliminarse la materia particulada, se suspende la adición de combustible procedente de la válvula de adición de combustible. Esto es para evitar que la temperatura del catalizador se eleve rápidamente a medida que la materia particulada alcanza la llama y se quema inmediatamente (aumento excesivo de temperatura), evitándose así que la temperatura del catalizador llegue a ser superior a un límite superior (temperatura de límite superior) en una zona de temperatura en la que el catalizador de purificación de gas de escape tiene una capacidad de purificación de gas de escape.
En un motor diésel, la combustión se logra con aire excesivo y, por tanto, un gas de escape incluye mucho exceso de aire. Este aire en el gas de escape elimina el calor del catalizador de purificación de gas de escape en el proceso de pasar a través del catalizador de purificación de gas de escape, y funciona para suprimir el aumento de la temperatura del catalizador. La cantidad de calor eliminada por este aire difiere dependiendo de la cantidad de aire de admisión en el motor diésel. Aunque la cantidad de calor eliminada por el aire es grande cuando la cantidad de aire de admisión es grande, tal como durante el funcionamiento a alta velocidad y carga pesada, la cantidad de calor eliminada por el aire es poca cuando la cantidad de aire de admisión es poca, tal como durante la marcha al ralentí. Por este motivo, es posible evitar que la temperatura del catalizador se vuelva superior a la temperatura de límite superior mencionada anteriormente, aunque se añada combustible, dado que la cantidad de calor eliminada por el aire es grande aun cuando la temperatura del catalizador sea originalmente alta, tal como durante el funcionamiento a alta velocidad, carga pesada, etc.
No obstante, la temperatura del catalizador puede llegar a ser superior a la temperatura de límite superior mencionada anteriormente mediante la adición de combustible, dado que la cantidad de calor eliminada por el aire es poca inmediatamente después del arranque del motor diésel (rearranque) con la temperatura del catalizador alta. Esta inconveniencia puede surgir de manera similar a la situación descrita anteriormente, dado que se determina si debe añadirse el combustible sólo con la temperatura del catalizador, aun cuando se suspende la adición del combustible una vez que la temperatura del catalizador supera la temperatura de ignición de la materia particulada, tal como se describe en la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2002-106329 mencionada anteriormente.
El documento US 2003/145582 A1 describe un aparato de purificación de gas de escape, que comprende un filtro de materia particulada que purifica el gas de escape emitido a partir de un motor; y un medio de control de la regeneración que lleva a cabo el control de la regeneración, el medio de control de la regeneración regenera el filtro mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada en el filtro, en el que cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración del filtro, el medio de control lleva a cabo el control de la regeneración, en el que los requisitos incluyen al menos un requisito con respecto a una temperatura del filtro y un requisito con respecto a una cantidad de aire que pasa a través del filtro.
El documento JP 60206923 A describe un sistema en el que se captan las materias particuladas en el motor de gas de escape mediante un oxidante dispuesto en una trayectoria de escape, se proporciona un diagrama sensible a la presión como un accionador al ralentí para una bomba de inyección de combustible. Dicho diagrama se hace funcionar mediante la presión atmosférica alimentada a través de una válvula de cambio de tres vías y un filtro de aire en la cámara de presión o la presión de vacío alimentada desde una bomba de vacío. Entonces, un solenoide en la válvula de cambio de tres vías se controla a través de un controlador eléctrico, de manera que dicho diagrama se lleva al estado al ralentí al superarse la temperatura del oxidante que va a detectarse mediante un sensor de la temperatura por encima de un nivel predeterminado.
Sumario de la invención
En consecuencia, es un objetivo de la presente invención proporcionar un aparato de purificación de gas de escape que quema materia particulada en el gas de escape depositado en el catalizador de purificación de gas de escape, eliminando así la materia particulada del catalizador, y evita de manera fiable que se estropee la función de purificación de gas de escape del catalizador de purificación de gas de escape por el aumento excesivo de temperatura producido por la eliminación de la materia particulada del catalizador. La presente invención también se refiere a un método para purificar gas de escape.
Para lograr el objetivo anterior, la presente invención proporciona un aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1. El aparato incluye un catalizador de purificación de gas de escape que purifica el gas de escape emitido a partir de un motor y un medio de control de la regeneración que lleva a cabo el control de la regeneración. El medio de control de la regeneración regenera el catalizador mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada en el catalizador. Cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración del catalizador, el medio de control lleva a cabo el control de la regeneración. Los requisitos incluyen al menos un requisito relacionado con una temperatura del catalizador y un requisito relacionado con una cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador.
Según la presente invención, también se proporciona un método para purificar gas de escape según la reivindicación 7. El gas de escape emitido a partir de un motor se purifica con un catalizador de purificación de gas de escape. El control para regenerar el catalizador se lleva a cabo mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada en el catalizador. Se juzga si se satisfacen todos los requisitos de regeneración. Los requisitos incluyen al menos un requisito relacionado con una temperatura del catalizador y un requisito relacionado con la cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador. El control de la regeneración se lleva a cabo cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración.
Otros aspectos y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos adjuntos, que ilustran a modo de ejemplo los principios de la invención.
Breve descripción de los dibujos
La invención, junto con los objetos y ventajas de la misma, puede entenderse mejor haciendo referencia a la siguiente descripción de las realizaciones preferidas en la actualidad junto con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un diagrama esquemático que muestra la estructura del aparato de purificación de gas de escape según una realización de la presente invención;
la figura 2(a) es un diagrama esquemático que muestra la relación posicional entre los convertidores catalíticos primero y segundo en un conducto de escape del aparato en la figura 1;
las figuras 2(b) y 2(c) son gráficos característicos que muestran las características de temperatura del conducto de escape mostrado en la figura 2(a);
la figura 3 es un diagrama de flujo que muestra una rutina de control de la regeneración del catalizador ejecutada por un controlador eléctrico; y
la figura 4 es un diagrama de flujo que muestra otra realización de la rutina de control de la regeneración del catalizador según la invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
A continuación en el presente documento se describirá una realización.
La figura 1 muestra la estructura de un motor 10 diésel (denominado en lo sucesivo en el presente documento simplemente un motor) y su aparato 11 de purificación de gas de escape según esta realización. El motor 10 comprende en líneas generales un conducto 12 de admisión, cámaras 13 de combustión y un conducto 14 de escape. Se proporciona un limpiador 15 de aire, que purifica la admisión de aire en este conducto 12 de admisión, en una sección en la posición más aguas arriba del conducto 12 de admisión. En el motor 10, se disponen un medidor 16 de flujo de aire, que detecta la velocidad de flujo de aire en el conducto 12 de admisión, un compresor 17A de un turboalimentador 17, un refrigerador 18 intermedio y una válvula 19 de mariposa de admisión, en orden desde el limpiador 15 de aire hacia aire de admisión aguas abajo. El conducto 12 de admisión se ramifica en un colector 20 de admisión proporcionado en la admisión agua abajo de la válvula 19 de mariposa de admisión y está conectado a la cámara 13 de combustión de cada cilindro del motor 10 a través de esta conexión de ramificación.
Se proporciona una válvula 21 de inyección de combustible en la cámara 13 de combustión de cada cilindro. Cada válvula 21 de inyección de combustible inyecta combustible para la combustión en la cámara 13 de combustión correspondiente. Se suministra combustible a cada válvula 21 de inyección de combustible desde un tanque 23 de combustible a través de un conducto 22 de suministro de combustible. En el conducto 22 de suministro de combustible, se proporcionan una bomba 24 de alimentación de combustible que extrae el combustible desde un tanque 23 de combustible y presuriza/descarga el combustible, y un raíl 25 común que es una tubería de combustible a alta presión que acumula el combustible a alta presión descargado. La válvula 21 de inyección de combustible de cada cilindro está conectada al raíl 25 común.
Por otro lado, en el conducto 14 de escape, se proporcionan un colector 26 de escape para recoger el gas de escape descargado desde cada cilindro, y la turbina 17B del turboalimentador 17.
En el motor 10 se adopta un sistema de recirculación de gas de escape (denominado en lo sucesivo en el presente documento EGR, "exhaust gas recirculation") que recircula parte del gas de escape durante la admisión de aire. El sistema EGR está equipado con un conducto 27 de EGR que comunica el conducto 12 de admisión con el conducto 14 de escape. Una sección aguas arriba del conducto 27 de EGR está conectada entre el colector 26 de escape del conducto 14 de escape y la turbina 17B. En el conducto 27 de EGR, se disponen un catalizador 28 de refrigerador de EGR que purifica el gas de escape que se recircula, un refrigerador 29 de EGR que enfría el gas de escape recirculado y una válvula 30 de EGR que ajusta una velocidad de flujo del gas de escape recirculado, en orden desde el lado aguas arriba. Una sección aguas abajo del conducto 27 de EGR está conectada entre la válvula 19 de mariposa de admisión del conducto 12 de admisión y el colector 20 de admisión.
En un motor 10 de este tipo, tras purificarse el aire de admisión en el conducto 12 de admisión por el limpiador 15 de aire, se introduce en el compresor 17A del turboalimentador 17. En el compresor 17A, se comprime el aire introducido y se descarga hacia el refrigerador 18 intermedio. Una vez enfriado el aire por el refrigerador 18 intermedio, que se vuelve caliente mediante la compresión, se distribuye y suministra a través de la válvula 19 de mariposa de admisión y el colector 20 de admisión a la cámara 13 de combustión de cada cilindro. Se ajusta la velocidad de flujo del aire en un conducto 12 de admisión de este tipo a través del control de la apertura de la válvula 19 de mariposa de admisión. La velocidad de flujo del aire, es decir, la cantidad de aire de admisión se detecta mediante un medidor 16 de flujo de aire.
En la cámara 13 de combustión, en la que se introduce el aire, se inyecta combustible desde una válvula 21 de inyección de combustible en una carrera de compresión de cada cilindro. Se quema una mezcla de aire-combustible que consiste en el aire introducido a través del conducto 12 de admisión, y el combustible inyectado desde la válvula 21 de inyección de combustible en la cámara 13 de combustión.
El gas de escape generado en la combustión en la cámara 13 de combustión de cada cilindro se introduce en la turbina 17B del turboalimentador 17 a través del colector 26 de escape. Cuando se acciona la turbina 17B mediante una fuerza de este gas de escape introducido, se acciona el compresor 17A proporcionado en el conducto 12 de admisión para comprimir el aire mencionado anteriormente.
Por otro lado, parte del gas de escape generado en la combustión mencionada anteriormente se introduce en el conducto 27 de EGR. El gas de escape introducido en el conducto 27 de EGR se purifica mediante el catalizador 28 de refrigerador de EGR y tras haberse enfriado mediante el refrigerador 29 de EGR, se recircula en el aire aguas abajo de la válvula 19 de mariposa de admisión en el conducto 12 de admisión. La velocidad de flujo del gas de escape, que se recircula de esta manera, se ajusta a través del control de la apertura de la válvula 30 de EGR.
El motor 10 está constituido tal como se mencionó anteriormente. A continuación, se explicará un aparato 11 de purificación de gas de escape para purificar un gas de escape emitido desde este motor 10. El aparato 11 de purificación de gas de escape está equipado con una válvula 31 de adición de combustible, así como con tres convertidores catalíticos (un primer convertidor 32 catalítico, un segundo convertidor 33 catalítico y un tercer convertidor 34 catalítico) como catalizador de purificación de gas de escape.
El primer convertidor 32 catalítico está situado aguas abajo de la turbina 17B. El primer convertidor 32 catalítico lleva un catalizador de NOx del tipo de reducción de la oclusión, y no sólo ocluye el óxido de nitrógeno (NOx) en el gas de escape, sino que también reduce y purifica el óxido de nitrógeno (NOx) ocluido mediante el suministro de un componente de combustible sin quemar utilizado como agente reductor. El segundo convertidor 33 catalítico está situado aguas abajo del primer convertidor 32 catalítico. El segundo convertidor 33 catalítico está formado por un material poroso que permite que pasen los componentes gaseosos en el gas de escape, y evita que pase la materia particulada MP en este gas de escape, y lleva el catalizador de NOx del tipo de reducción de la oclusión. El tercer convertidor 34 catalítico está situado aguas abajo del segundo convertidor 33 catalítico. El tercer convertidor 34 catalítico lleva un catalizador de oxidación, que purifica el gas de escape a través de la oxidación del hidrocarburo (HC) y el monóxido de carbono (CO) en el gas de escape.
La válvula 31 de adición de combustible está dispuesta en una sección de agregación de gas de escape del colector 26 de escape. La válvula 31 de adición de combustible está conectada a la bomba 24 de alimentación de combustible mencionada anteriormente a través del conducto 35 de combustible e inyecta y añade combustible suministrado desde esta bomba 24 de alimentación de combustible hasta el gas de escape como un agente reductor. El combustible añadido hace temporalmente que el gas de escape sea una atmósfera reductora para reducir y purificar el óxido de nitrógeno (NOx) que está ocluido en el primer convertidor 32 catalítico y el segundo convertidor 33 catalítico. El segundo convertidor 33 catalítico purifica simultáneamente la materia particulada MP.
En un espacio entre el primer convertidor 32 catalítico y el segundo convertidor 33 catalítico en el conducto 14 de escape, se dispone un sensor 36 de temperatura de escape. El sensor 36 detecta la temperatura del gas de escape que pasa a través de este espacio. Es decir, el sensor 36 detecta la temperatura del gas de escape antes de fluir al interior del segundo convertidor 33 catalítico (esto se denomina en lo sucesivo en el presente documento temperatura del gas de escape de entrada). En un espacio aguas abajo del segundo convertidor 33 catalítico en el conducto 14 de escape, se dispone un sensor 37 de temperatura de escape. El sensor 37 de temperatura de escape detecta la temperatura del gas de escape que pasa a través de este espacio, es decir, la temperatura del gas de escape inmediatamente después de pasar a través del segundo convertidor 33 catalítico (esto se denomina en lo sucesivo en el presente documento temperatura del gas de escape de salida).
Un sensor 38 de presión diferencial está dispuesto en el conducto 14 de escape. El sensor 38 de presión diferencial detecta la diferencia de presión entre una sección aguas arriba del segundo convertidor 33 catalítico y una sección aguas abajo del segundo convertidor 33 catalítico. La diferencia de presión detectada por el sensor 38 de presión diferencial se utiliza para detectar la obstrucción dentro del segundo convertidor 33 catalítico. Además, se sitúan sensores 39 y 40 de oxígeno que detectan las concentraciones de oxígeno en el gas de escape, aguas arriba del primer convertidor 32 catalítico del conducto 14 de escape y entre el segundo convertidor 33 catalítico y el tercer convertidor 34 catalítico, respectivamente.
Un controlador 41 electrónico controla el motor 10 y el aparato 11 de purificación de gas de escape que se explicaron anteriormente. El controlador 41 electrónico incluye una CPU que ejecuta diversos tipos de procesamiento relacionados con el control del motor 10, una ROM que almacena un programa y datos necesarios para el control, una RAM que almacena el resultado de procesamiento de la CPU, una RAM de seguridad que almacena y conserva diversos datos también después de que se detenga el suministro de energía eléctrica, y puertos de entrada y salida para intercambiar información con el exterior.
Además de los respectivos sensores 16, 36 a 40 mencionados anteriormente, un sensor 42 de NE que detecta la velocidad del motor, un sensor 43 del acelerador que detecta una cantidad de manipulación del acelerador, un sensor 44 de raíl común que detecta la presión interna del raíl 25 común, un sensor 45 de válvula de mariposa que detecta el grado de apertura de la válvula 19 de mariposa de admisión y similares, están conectados a los puertos de entrada del controlador 41 electrónico. La válvula 19 de mariposa de admisión, la válvula 21 de inyección de combustible, la bomba 24 de alimentación de combustible, la válvula 31 de adición de combustible y la válvula 30 de EGR, mencionadas anteriormente, están conectadas a los puertos de salida del controlador 41 electrónico. Entonces, el controlador 41 electrónico lleva a cabo diversos tipos de control del funcionamiento de los motores 10 incluyendo el control que se relaciona con la purificación del gas de escape controlando el equipo conectado a estos puertos de salida basándose en los resultados de detección de los respectivos sensores 16, 36 a 40 y 42 a 45 mencionados anteriormente.
El controlador 41 electrónico ejecuta el control de los convertidores catalíticos como uno de los controles, que se relaciona con la purificación del gas de escape. Se fijan cuatro modos de control del catalizador, es decir, un modo de control de la regeneración del catalizador, un modo de control de la eliminación del envenenamiento por azufre (esto se denomina en lo sucesivo en el presente documento como envenenamiento por S), un modo de control de la reducción de NOx y un modo de control normal, en este control del catalizador. El controlador 41 electrónico selecciona y ejecuta un modo de control del catalizador según el estado de los convertidores 32 a 34 catalíticos.
El modo de control de la regeneración del catalizador es un modo de quemar la materia particulada MP depositada en el segundo convertidor 33 catalítico para emitirse como dióxido de carbono (CO_{2}) y agua (H_{2}O). El modo de control de la regeneración del catalizador es un modo de repetir continuamente la adición de combustible desde la válvula 31 de adición de combustible para elevar la temperatura del catalizador (temperatura del lecho del catalizador), por ejemplo, hasta de 600 a 700ºC. El modo de control de la regeneración del catalizador se selecciona y se ejecuta cuando se satisfacen al menos los dos requisitos (i) y (ii) siguientes.
Requisito (i): Un indicador F de solicitud de regeneración del catalizador está "ON" (encendido). El indicador F de solicitud de regeneración del catalizador se fija en "OFF" (apagado) en un estado inicial, y cuando la cantidad de deposición de la materia particulada MP en el segundo convertidor 33 catalítico llega a ser no inferior a un valor \alpha predeterminado, se cambia a "ON". El indicador F de solicitud de regeneración del catalizador vuelve a la posición "OFF" cuando la cantidad de deposición de la materia particulada MP se fija a 0 por el control de la regeneración del catalizador. El estado ("OFF" u "ON") del indicador F de solicitud de regeneración del catalizador se almacena en la RAM de seguridad. En consecuencia, una vez que la cantidad de deposición de la materia particulada MP es igual a, o supera, un valor \alpha predeterminado, y el indicador F de solicitud de regeneración del catalizador se cambia desde "OFF" hasta "ON", el estado se mantienen incluso después de que el motor 10 se detiene, a menos que la cantidad de deposición de la materia particulada MP se vuelva 0.
Requisito (ii): El segundo convertidor 33 catalítico se calienta en cierto grado y se satisfacen los siguientes requisitos de la temperatura de regeneración del catalizador. Éstos son requisitos necesarios para aumentar la temperatura del catalizador. Específicamente, la temperatura del catalizador no es inferior a un valor constante (200ºC) y la temperatura de escape de entrada es inferior a un valor de referencia (650ºC) y, la temperatura de escape de salida está dentro de un intervalo de temperatura predeterminado.
A propósito, existe una zona de temperatura en la que el segundo convertidor 33 catalítico muestra una función de purificación del gas de escape. El segundo convertidor 33 catalítico llega a hacer imposible llevar a cabo la purificación del gas de escape, lo que es un objetivo, a una atmósfera de temperatura superior al límite superior (aproximadamente 800ºC, y esto se denomina en lo sucesivo en el presente documento una temperatura de límite superior) de la zona de temperatura. Por tanto, se requiere que se realice el control de la regeneración del catalizador no sea que la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico se vuelva superior a la temperatura de límite superior.
Por otra parte, en el motor 10, el aire incluido en el gas de escape muestra una función de suprimir el aumento de la temperatura del catalizador eliminando el calor del segundo convertidor 33 catalítico en el proceso de pasar a través del segundo convertidor 33 catalítico. En consecuencia, es posible satisfacer la solicitud mencionada anteriormente (evitar que la temperatura del catalizador se vuelva superior a la temperatura de límite superior) armonizando y equiparando el valor de calentamiento del segundo convertidor 33 catalítico y la cantidad de calor eliminada por el aire utilizando adecuadamente esta función del aire que elimina calor.
No obstante, la cantidad de calor eliminada por el aire difiere según la cantidad de aire de admisión en el motor 10. Aunque la cantidad de calor eliminada por el aire es mucha cuando la cantidad de aire de admisión es mucha, como en el caso de carga pesada y rotación a alta velocidad, la cantidad de calor eliminada es poca cuando la cantidad de aire de admisión es poca como el caso de la marcha al ralentí.
La figura 2(a) muestra la relación posicional entre el primer convertidor 32 catalítico y el segundo convertidor 33 catalítico en el conducto 14 de escape. La figura 2(b) muestra la temperatura de cada pieza en el conducto 14 de escape cuando se añade combustible desde la válvula 31 de adición de combustible. Una línea discontinua en la figura 2(b) muestra el caso en que la cantidad de aire de admisión es mucha, como en los casos de rotación a alta velocidad y carga pesada, y una línea continua muestra el caso en que la cantidad de aire de admisión es poca, como en el caso de la marcha al ralentí. La figura 2(c) muestra la temperatura de cada pieza en el conducto 14 de escape cuando no se añade combustible. Una línea continua en la figura 2(c) muestra el caso en que el motor 10 está parado.
La relación entre la cantidad de calor eliminada por el aire y la temperatura de cada pieza en el conducto 14 de escape se explicará mediante el uso de las figuras 2(a) a 2(c). Cuando la temperatura del catalizador es alta originalmente, como en los casos de carga pesada y rotación a alta velocidad, la cantidad de calor eliminada por el aire es mucha. Por tanto, tal como se muestra mediante una línea discontinua en la figura 2(b), es posible evitar que la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico se vuelva superior a la temperatura de límite superior, aun cuando se añada combustible desde la válvula 31 de adición de combustible.
Por otra parte, en la situación que es como el caso en el que el motor 10 se arranca para la marcha al ralentí inmediatamente tras detener el motor 10, la temperatura del catalizador es alta antes de que se lleve a cabo el control de la regeneración del catalizador, aunque no es tan alta en los casos de carga pesada y rotación a alta velocidad que se mencionaron anteriormente, y la cantidad de calor eliminada es poca, el efecto de supresión de aumento de temperatura del catalizador por el aire es poco. Además, en una situación de este tipo, se satisface el requisito (i) mencionado anteriormente, puesto que el indicador F de solicitud de regeneración del catalizador se mantiene en "ON" y también se satisface el requisito (ii), puesto que la temperatura del catalizador es alta.
Cuando se lleva a cabo la adición de combustible puesto que se satisfacen ambos requisitos (i) y (ii), existe una posibilidad de que la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico se vuelva superior a la temperatura de límite superior, tal como se muestra por la línea continua en la figura 2(b), mediante la combustión del combustible añadido y la combustión de la materia particulada MP
depositada.
Por tanto, en esta realización, se añade el requisito (iii) acerca de la cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico a los requisitos (i) y (ii) mencionados anteriormente. El control de la regeneración del catalizador mencionado anteriormente se lleva a cabo determinando que se satisfacen los requisitos de regeneración cuando se satisfacen todos estos requisitos (i) a (iii).
Requisito (iii): La cantidad total de aire en el gas de escape que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico tras poner en marcha el motor 10 es superior a un valor A predeterminado.
Existe una relación estrecha entre la cantidad total de aire en el gas de escape, que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico, y la cantidad de calor eliminada por el aire. La cantidad total de aire en el gas de escape que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico corresponde a la cantidad total de aire introducida en el motor 10, es decir, la cantidad total de aire que pasa a través del interior del conducto 12 de admisión (cantidad total de aire de admisión). El valor de calentamiento eliminado por el aire desde el segundo convertidor 33 catalítico es pequeño cuando la cantidad total de aire de admisión es poca, y aumenta con el aumento de la cantidad total de aire de admisión.
A partir de esto, la cantidad total de aire de admisión tras la puesta en marcha del motor 10 se usa como un valor que es equivalente a la cantidad de calor eliminada por el aire, es decir, como una cantidad física que representa la cantidad de calor eliminada. Como el valor A predeterminado en el requisito (iii) mencionado anteriormente, se usa un valor, valor que puede evitar que la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico supere la temperatura de límite superior una vez que se ha llevado a cabo la adición de combustible mediante la válvula 31 de adición de combustible.
El modo de control de la eliminación del envenenamiento por S es un modo de emitir azufre cuando los catalizadores de reducción de la oclusión de NOx en el primer convertidor 32 catalítico y el segundo convertidor 33 catalítico reciben envenenamiento por azufre y disminuye la capacidad de oclusión del óxido de nitrógeno (NOx), y un modo de repetir continuamente la adición de combustible desde la válvula 31 de adición de combustible, y de aumentar la temperatura del lecho del catalizador (por ejemplo, de 600ºC a 700ºC).
El modo de control de la reducción de NOx es un modo de reducir el óxido de nitrógeno (NOx), que está ocluido en el catalizador de reducción de la oclusión de NOx en el primer convertidor 32 catalítico y el segundo convertidor 33 catalítico, en nitrógeno (N_{2}), dióxido de carbono (CO_{2}) y agua (H_{2}O), y emitirlos. En este modo, la temperatura del catalizador se convierte en una temperatura comparativamente baja (por ejemplo, de 250ºC a 500ºC) mediante la adición de combustible intermitente en un intervalo comparativamente largo desde la válvula 31 de adición de combustible. Un estado distinto a este modo de control de la regeneración del catalizador, modo de control de la eliminación de envenenamiento por S y modo de control de la reducción de NOx se convierte en el modo de control normal, y la adición del agente reductor desde la válvula 31 de adición de combustible no se realiza en este modo de control normal.
La figura 3 muestra la rutina de control de la regeneración del catalizador llevada a cabo por el controlador 41 electrónico partiendo de la base de los requisitos de regeneración mencionados anteriormente. Esta rutina de control de la regeneración del catalizador comienza con la condición de que un conmutador de arranque (no mostrado) se coloque en "ON" de manera que se ponga en marcha el motor 10, y se ejecute repetidamente cada asignación de tiempos predeterminada, por ejemplo, cada momento fijado.
El controlador 41 electrónico lee en primer lugar la temperatura de escape de entrada y de salida mediante los sensores 36 y 37, y la cantidad de aire de admisión mediante el medidor 16 de flujo de aire en la etapa 100, respectivamente. A continuación, en la etapa 110, el controlador 41 electrónico calcula la cantidad total (la cantidad total de aire de admisión) del aire de admisión tras la puesta en marcha del motor 10, partiendo de la base de la cantidad de aire de admisión en la etapa 100 mencionada anteriormente. Por ejemplo, el controlador 41 electrónico lee la cantidad total de aire de admisión (la cantidad total de aire de admisión hasta el último periodo de control), que se calculó en el último periodo de control y se almacenó en la RAM, y añade a esto la cantidad de aire de admisión en la etapa 100 mencionada anteriormente. Este resultado añadido se almacena en la RAM como la cantidad total de aire de admisión hasta este periodo de control.
A continuación, en la etapa 120, el controlador 41 electrónico calcula el valor A predeterminado utilizado para una prueba de comparación con la cantidad total de aire de admisión, partiendo de la base de la temperatura de escape de entrada y la temperatura de escape de salida en la etapa 100 mencionada anteriormente con referencia a un mapa. El valor A predeterminado es el volumen de aire que puede evitar que la temperatura del catalizador supere la temperatura de límite superior una vez que la temperatura del catalizador ha aumentado por la combustión del combustible añadido, tal como se mencionó anteriormente. El mapa utilizado para el cálculo del valor A predeterminado especifica la relación entre la temperatura de escape y el valor A predeterminado que llega a ser grande cuando la temperatura se escape se hace alta.
A continuación, en la etapa 130, el controlador 41 electrónico determina si se satisface el requisito (iii) en los requisitos de regeneración, es decir, si la cantidad total de aire de admisión en la etapa 110 mencionada anteriormente es más que el valor A predeterminado en la etapa 120 mencionada anteriormente. Cuando no se satisface este requisito de determinación, se suspende temporalmente la rutina de control de la regeneración del catalizador. En consecuencia, tras la puesta en marcha del motor 10, no se lleva a cabo la adición de combustible desde la válvula 31 de adición de combustible hasta que la cantidad de total de aire de admisión supera el valor A predeterminado, según la temperatura de escape.
En un periodo tras la puesta en marcha del motor 10 hasta que se ha satisfecho el requisito de determinación en la etapa 130, no se genera calor mediante la combustión de combustible añadido, y el calor del segundo convertidor 33 catalítico se elimina mediante el aire en el gas de escape que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico, aunque es poco. Por este motivo, tal como se muestra mediante una flecha en la figura 2(c), la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico disminuye en la medida en que aumenta la cantidad total de aire de admisión. Inmediatamente antes de que se satisfaga el requisito de determinación en la etapa 130, tal como se muestra mediante una línea mixta en la figura 2(c), la temperatura de escape disminuye hasta la temperatura a la que la temperatura del catalizador no supera la temperatura de límite superior, aun cuando se añada combustible desde la válvula 31 de adición de combustible y se queme.
Cuando se satisface el requisito de determinación en la etapa 130 mencionada anteriormente, el controlador 41 electrónico considera en la etapa 140 si se satisface el requisito (i) en los requisitos de regeneración, es decir, si la cantidad de deposición de la materia particulada MP no es inferior al valor \alpha predeterminado y si el indicador F de solicitud de regeneración del catalizador está fijo en "ON". Cuando no se satisface el requisito de determinación en la etapa 140, la rutina de control de la regeneración del catalizador se suspende temporalmente, y cuando se satisface, el proceso continúa a la etapa 150.
En la etapa 150, el controlador 41 electrónico considera si se satisface el requisito (ii) en los requisitos de regeneración, es decir, si se satisfacen los requisitos de temperatura de la regeneración del catalizador. Cuando no se satisface el requisito de determinación en la etapa 150, la rutina de control de la regeneración del catalizador se suspende temporalmente. Cuando se satisface, es decir, cuando se satisfacen los requisitos de regeneración satisfaciéndose los tres requisitos (i) a (iii), se repite continuamente la adición de combustible desde la válvula 31 de adición de combustible en la etapa 160.
Dado que la temperatura del catalizador aumenta mediante la combustión de este combustible añadido, se lleva a cabo la combustión y la eliminación de la materia particulada MP depositada en el segundo convertidor 33 catalítico. En este momento, la temperatura del catalizador se disminuye mediante la eliminación de calor por el aire antes de la adición de combustible. Por este motivo, en el segundo convertidor 33 catalítico, aunque la temperatura del catalizador aumenta, es difícil que supere la temperatura de límite superior. Tras pasar a través del procesamiento en la etapa 160, se suspende temporalmente la rutina de control de la regeneración del catalizador.
Cada procesamiento en la rutina de control de la regeneración del catalizador mediante el controlador 41 electrónico mencionado anteriormente es equivalente al medio de control de la regeneración del catalizador.
Esta realización explicada con todo detalle anteriormente logra las siguientes ventajas.
(1) Se añade el requisito (iii) sobre la cantidad de calor eliminada por el aire, que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico, a los requisitos de regeneración, incluyendo el requisito sobre la temperatura del catalizador (requisito (ii) de temperatura de la regeneración del catalizador). Mediante la determinación, partiendo de la base de los requisitos de regeneración considerando la cantidad de calor eliminada por el aire de esta forma, de si se lleva a cabo el control de la regeneración del catalizador, es posible evitar que la temperatura del catalizador supere la temperatura de límite superior, en comparación con el caso basado únicamente en la temperatura del catalizador.
En consecuencia, mientras se lleva a cabo la combustión y la eliminación de la materia particulada MP en el gas de escape depositado en el segundo convertidor 33 catalítico mediante el control de la regeneración del catalizador, es fácilmente posible suprimir la degradación de la función de purificación del gas de escape del segundo convertidor 33 catalítico, debido a un aumento excesivo de la temperatura provocado por la combustión y eliminación de la materia particulada MP desde el segundo convertidor 33 catalítico.
(2) El requisito (iii) sobre la cantidad de calor eliminada se refiere a si la cantidad de calor eliminada por el aire o una cantidad física (valor equivalente) que representa la cantidad de calor eliminada es superior al valor A predeterminado, y la temperatura del segundo convertidor 33 catalítico se disminuye mediante la prohibición del control de la regeneración del catalizador hasta que se satisfaga el requisito (iii). Por este motivo, los requisitos de regeneración se satisfacen cuando se satisfacen los requisitos (i) a (iii) mencionados anteriormente mediante la fijación adecuada del valor A predeterminado y, por tanto, es posible evitar fácilmente que la temperatura del catalizador se vuelva superior a la temperatura de límite superior, aun cuando la temperatura del catalizador aumente mediante la adición de combustible.
(3) El valor acumulado de la cantidad de aire de admisión (cantidad total de aire de admisión) introducida en motor 10 tras la puesta en marcha del motor 10 se convierte en una cantidad física (valor equivalente) que representa la cantidad de calor eliminada, y se utiliza para considerar si debe llevarse a cabo el control de la regeneración del catalizador. Por este motivo, aunque la cantidad de calor eliminada por el aire es poca puesto que la cantidad de aire de admisión que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico es poca inmediatamente tras el rearranque del motor 10, es posible evitar que la temperatura del catalizador se vuelva superior a la temperatura de límite superior del segundo convertidor 33 catalítico mediante la prohibición del control de la regeneración del catalizador partiendo de la base del resultado de la comparación de la cantidad total de aire de admisión mencionada anteriormente y del valor A predeterminado.
(4) Como valor A predeterminado se utiliza un valor (cantidad de aire de admisión), valor que puede evitar que la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico supere la temperatura de límite superior una vez que se ha llevado a cabo la adición de combustible mediante la válvula 31 de adición de combustible. Por tanto, mediante la detención de la adición de combustible desde la válvula 31 de adición de combustible mediante la prohibición del control de la regeneración del catalizador cuando la cantidad total de aire de admisión no es superior al valor A predeterminado, es posible evitar que la temperatura del catalizador supere la temperatura de límite superior mediante la eliminación del calor por el aire, aun cuando se lleve a cabo el control de la regeneración del catalizador.
En consecuencia, aunque la temperatura del catalizador del segundo convertidor 33 catalítico aumenta desde que se añade combustible mediante el control de la regeneración del catalizador desde la válvula 31 de adición de combustible cuando la cantidad total de aire de admisión supera el valor A predeterminado, es posible evitar que la temperatura del catalizador se vuelva superior a la temperatura de límite superior.
La invención se realiza en las formas siguientes.
Cuando la temperatura del catalizador es alta y la cantidad de calor eliminada es poca puesto que la cantidad de aire, que pasa a través del segundo convertidor 33 catalítico es poca, la realización del control de la regeneración del catalizador hace que la temperatura del catalizador supere la temperatura de límite superior. Una situación de este tipo puede producirse principalmente en el momento del rearranque del motor 10. Por tanto, también es suficiente llevar a cabo el control de la regeneración del catalizador únicamente cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración en el momento del rearranque del motor 10.
En este caso, por ejemplo, tal como se muestra en la figura 4, en la rutina de control de la regeneración del catalizador (figura 3), se considera en la etapa 50, antes del procesamiento en la etapa 100, si está en el rearranque del motor 10. Por ejemplo, cuando se satisfacen los requisitos de (a) que la temperatura del motor 10 en el momento de la puesta en marcha del motor 10, o una cantidad física que representa la temperatura (valor equivalente (temperatura del agua de refrigeración, temperatura del aceite, etc.)) no es inferior al valor predeterminado, (b) que el tiempo transcurrido desde la última detención del motor 10 hasta que este motor arranca es inferior al valor predeterminado, y similares, es posible considerar que está en el rearranque.
Cuando se satisface el requisito de determinación en la etapa 50 (cuando está en el rearranque), se lleva a cabo el procesamiento en la etapa 100 y las etapas posteriores, y cuando no se satisface (en el momento distinto al rearranque), se finaliza la rutina de control de la regeneración del catalizador (volver). Además, el procesamiento en la etapa 50 puede llevarse a cabo entre las etapas 100 y 110 o entre las etapas 110 y 120. De esta forma, mediante la realización del control de la regeneración del catalizador únicamente cuando es alta la posibilidad de que la temperatura del catalizador se vuelva superior la temperatura de límite superior (en el momento del rearranque), es posible cancelar eficazmente el mal funcionamiento de que el catalizador que purifica el gas de escape no muestra la función de purificación del gas de escape mientras se suprime el control innecesario de la regeneración del catalizador.
Puede utilizarse un parámetro distinto al de la cantidad total de aire de admisión como la cantidad de calor eliminada o una cantidad física (valor equivalente) que representa la cantidad de calor eliminada, y el parámetro puede reflejarse en los requisitos de la determinación en el momento de determinar si se lleva a cabo el control de la regeneración del catalizador.
El valor A predeterminado para la determinación puede calcularse partiendo de la base de una expresión de operación predeterminada, en lugar del mapa.
La presente invención puede aplicarse ampliamente a un aparato, siempre que el aparato sea un aparato de purificación de gas de escape que se realiza para llevar a cabo la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada en un catalizador de purificación de gas de escape cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración, incluyendo al menos un requisito sobre la temperatura del catalizador de un catalizador de purificación de gas de escape.

Claims (8)

1. Aparato (11) de purificación de gas de escape que comprende:
un catalizador (32, 33, 34) de purificación de gas de escape que purifica el gas de escape emitido desde un motor (10); y
un medio (41) de control de la regeneración que lleva a cabo el control de la regeneración, en el que el medio (41) de control de la regeneración regenera el catalizador (32, 33, 34) mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada sobre el catalizador (32, 33, 34), caracterizándose el aparato porque:
cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración del catalizador, el medio (41) de control lleva a cabo el control de la regeneración, en el que los requisitos incluyen al menos un requisito relacionado con una temperatura del catalizador (32, 33, 34) y un requisito relacionado con una cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador (32, 33, 34) y porque el medio (41) de control lleva a cabo el control de la regeneración, cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración, en el momento del rearranque del motor.
2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el requisito relacionado con la cantidad de calor eliminada es que la cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador (32, 33, 34) o una cantidad física que representa la cantidad de calor eliminada, es mayor que un valor predeterminado.
3. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado porque la cantidad física es una cantidad total de aire introducida en el motor (10) tras la puesta en marcha del motor (10).
4. Aparato según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el catalizador (32, 33, 34) tiene una capacidad de purificación de gas de escape en una zona de temperatura predeterminada, en el que el valor predeterminado se fija de tal manera que se evita que la temperatura del catalizador (32, 33, 34) supere un límite superior de la zona de temperatura una vez que el medio (41) de control ha llevado a cabo el control de la regeneración.
5. Aparato según una cualquiera las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el motor incluye un conducto (14) de escape y una válvula (31) de adición de combustible y el catalizador (32, 33, 34) están situados en el conducto (14) de escape; en el que cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración, el medio (41) de control hace que la válvula (31) de adición de combustible añada combustible a una sección en el conducto (14) de escape que está aguas arriba del catalizador (32, 33, 34).
6. Método para purificar gas de escape, que comprende: purificar el gas de escape emitido desde un motor (10) con un catalizador (32, 33, 34) de purificación de gas de escape; y
llevar a cabo el control para la regeneración del catalizador (32, 33, 34) mediante la combustión y la eliminación de la materia particulada depositada en el catalizador (32, 33, 34), caracterizándose el método por:
considerar si se satisfacen todos los requisitos de regeneración, requisitos que incluyen al menos un requisito relacionado con una temperatura del catalizador (32, 33, 34) y un requisito relacionado con una cantidad de calor eliminada por el aire que pasa a través del catalizador (32, 33, 34); y
llevar a cabo el control de la regeneración, cuando se satisfacen todos los requisitos de regeneración y en el momento del rearranque del motor (10).
7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el requisito relacionado con la cantidad de calor eliminada es que una cantidad total de aire introducida en el motor (10) tras la puesta en marcha del motor (10) es mayor que un valor predeterminado.
8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque el catalizador (32, 33, 34) tiene una capacidad de purificación de gas de escape en una zona de temperatura predeterminada, en el que el valor predeterminado se fija de tal manera que se evita que la temperatura del catalizador (32, 33, 34) supere un límite superior de la zona de temperatura una vez llevado a cabo el control de la regeneración.
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