ES2309910T3 - Conducto de escape y procedimiento para la regeneracion de un filtro de hollin. - Google Patents
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Abstract
Conducto de escape de un motor de combustión interna, de manera especial de un motor de combustión interna diesel, que comprende un filtro de hollín (12) y una instalación (16) para la regeneración del filtro de hollín (12), caracterizada porque la instalación (16) comprende una unidad de procesamiento (20, 24, 42) para la regeneración del filtro de hollín (12), por medio de la cual puede introducirse en el conducto de escape un aditivo, que comprende un catalizador para la regeneración, o un producto de conversión del mismo, aguas abajo del motor de combustión interna y aguas arriba del filtro de hollín (12), representando el aditivo una suspensión de un catalizador nanoestructurado o una solución de un coloide metálico.
Description
Conducto de escape y procedimiento para la
regeneración de un filtro de hollín.
La invención se refiere a un conducto de escape
de un motor de combustión interna, del tipo que ha sido definido
con mayor detalle en la parte introductoria de la reivindicación 1,
así como a un procedimiento para la regeneración de un filtro de
hollín, del tipo que ha sido definido con mayor detalle en la parte
introductoria de la reivindicación 15.
Se plantean elevadas exigencias a los motores de
combustión interna, especialmente a los motores de combustión
interna de los vehículos automóviles, en lo que se refiere a sus
emisiones. Por lo tanto, constituye un objetivo permanente emplear
procedimientos eficientes para la purificación de los gases de
escape. De manera especial en el caso de los motores de combustión
interna diesel es deseable, por motivos toxicológicos, que los gases
de escape, que son emitidos al medio ambiente, presenten una
concentración en hollín tan baja como sea posible. Con esta
finalidad, puede dotarse al conducto de escape correspondiente con
un filtro de hollín, equipado con substratos correspondientes.
Sin embargo, los filtros de hollín únicamente
tienen una capacidad de absorción limitada de tal manera, que tiene
que ser regenerado cuando se alcance un determinado grado de carga,
que puede ser determinado, por ejemplo, a través de una diferencia
de presión, medida en el filtro de hollín. La regeneración puede
llevarse a cabo, por ejemplo, mediante la oxidación del hollín, que
se ha depositado, por medio del oxígeno contenido en los gases de
escape, que se envía en exceso al motor de combustión interna. Para
iniciar la oxidación tiene que alcanzarse una temperatura mínima de
encendido sobre el filtro de hollín. Más allá de la temperatura de
encendido, la energía liberada por la combustión del hollín puede
mantener la reacción.
Sin embargo, en el caso de los motores de
combustión interna diesel de los modernos vehículos automóviles, la
temperatura de los gases de escape correspondientes es,
frecuentemente, demasiado baja como para iniciar una regeneración
térmica. Así pues, se recurre a medidas en el interior del motor,
que conduzcan a un aumento de la temperatura de los gases de
escape. Estas medidas pueden consistir, por ejemplo, en la
modificación del desarrollo de la inyección y/o de la proporción de
reciclo de los gases de escape, siendo siempre deseable que no
quede perjudicada la dinámica de marcha del correspondiente vehículo
automóvil.
De manera alternativa o, incluso de manera
adicional, es posible emplear medidas situadas detrás del motor
para aumentar la temperatura del filtro. A modo de ejemplo, pueden
calentarse los gases residuales, que penetran en el filtro de
hollín, o puede calentarse el propio filtro de hollín. De igual
modo, se conoce el empleo de los denominados quemadores catalíticos
para aumentar la temperatura en el filtro de hollín.
Todas estas medidas, destinadas a aumentar la
temperatura, están relacionadas con un coste adicional de
energía.
Otro problema, que se presenta a la hora de la
regeneración de los filtros de hollín, corresponde al control de la
temperatura. De este modo, puede producirse, una vez sobrepasada la
temperatura de encendido, que es necesaria para la oxidación del
hollín, un reforzamiento autónomo de la reacción, que conduce a un
claro aumento de la temperatura del correspondiente filtro de
hollín, lo cual puede conducir, en caso dado, a un deterioro
irreversible de la estructura del filtro de hollín.
Con el fin de reducir el coste de la ingeniería
química a la hora de la oxidación del hollín, que se ha depositado
sobre el filtro de hollín y, con el fin de reducir, al mismo tiempo,
el peligro de un deterioro de la estructura del filtro, se conoce
un procedimiento, según el cual se añade un aditivo al combustible,
que es conducido para la combustión en el motor de combustión
interna, cuyo aditivo se encarga en el conducto de escape sobre el
filtro de hollín de que se reduzca significativamente la
temperatura, que es necesaria para la regeneración del filtro de
hollín. Así pues, el aditivo actúa a modo de catalizador.
Los aditivos, que son conocidos hasta ahora,
están constituidos de tal manera, que abarcan un átomo metálico,
que forma un complejo con ligandos orgánicos, que protegen al átomo
metálico contra una oxidación y que posibilitan mantener en
solución a los aditivos en el combustible diesel. A la hora de la
combustión del combustible en el motor de combustión interna se
destruye la estructura orgánica. El átomo metálico, o bien su óxido,
se incorpora en la estructura de la partícula de hollín, que se
genera durante la combustión, y actúa entonces como catalizador
altamente dispersado a la hora de la regeneración del filtro de
hollín, que acelera considerablemente una oxidación del hollín.
Tras la regeneración del filtro de hollín se
deposita sobre el filtro de hollín una denominada ceniza del
filtro, en la que está contenido el metal, que ha sido utilizado
como catalizador, en forma de un óxido o incluso en forma de una
sal, por ejemplo en forma de sulfato. Las cenizas del filtro no
pueden ser eliminadas con ayuda de procedimientos térmicos de
regeneración. Por el contrario, las cenizas del filtro conducen a
un aumento constante de la denominada contrapresión de los gases de
escape, lo cual conduce, a su vez, a un tiempo de utilización
limitado del filtro de hollín.
A la hora de la elección del metal, que actúa
como catalizador, que está contenido en el aditivo, debe tenerse en
cuenta que no se establezcan propiedades secundarias negativas
durante la conversión en el motor de combustión interna, por
ejemplo una modificación de una calidad del aceite del motor o una
formación de depósitos de los productos de carbonización. Ejemplos
de los metales, que han sido empleados hasta ahora, son el cerio o
el hierro. En este caso, las cantidades formadas de cenizas del
aditivo en las cenizas del filtro toman un valor de hasta 100 mg de
cerio o bien de 35 mg de hierro por kilogramo de combustible, que ha
sido quemado en el motor de combustión interna.
Los catalizadores de mayor actividad, tal como
por ejemplo el platino, no han podido ser empleados hasta ahora
puesto que sus compuestos solubles en el combustible están
clasificados como cuestionablemente tóxicos.
Por otra parte, se ha descrito en la publicación
US 4,655,690 A el sistema de escape de un motor de combustión
interna, en el cual se introduce en el sistema de escape un material
favorecedor de la combustión aguas arriba de un filtro de
partículas.
El conducto de escape, de conformidad con la
invención, de un motor de combustión interna, especialmente de un
motor de combustión interna diesel, con las características
indicadas en la parte introductoria de la reivindicación 1, en cuyo
conducto de escape, la instalación para la regeneración del filtro
de hollín comprende una unidad de procesamiento, por medio de la
cual se introduce en el conducto de escape un aditivo, que comprende
un catalizador para la regeneración, o un producto de conversión
del mismo aguas abajo del motor de motor de combustión interna y
aguas arriba del filtro de hollín, tiene la ventaja de que el
aditivo no se conduce a través del motor de combustión interna de
tal manera, que se eliminan las restricciones en lo que se refiere
a la elección del aditivo, que son producidas por el motor de
combustión interna.
Por el contrario, es posible el empleo de
aditivos tales como los metales nobles, que presenten, a la hora de
la oxidación del hollín en el filtro de hollín, una actividad
catalítica considerablemente mayor que la de los aditivos aportados
hasta ahora al combustible para los motores de combustión interna y,
por lo tanto, también aportados a los motores de combustión
interna, que podrían conducir a una carbonización de las toberas o
de las válvulas con ocasión de una conversión en la cámara de
combustión del motor de combustión interna, como ocurriría en el
caso de los catalizadores a base de los elementos del grupo de los
metales del hierro.
El aditivo, que constituye el catalizador
propiamente dicho, o un precursor del mismo, debería elegirse de
tal manera, que no existiesen reparos toxicológicos. Por otra parte,
la elección debería asegurar que no se obstruyesen los poros del
filtro de hollín debido al catalizador, lo cual tendría como
consecuencia un aumento rápido de la contrapresión de los gases de
escape.
El punto de la dosificación del producto
catalíticamente activo en el conducto de escape se encuentra
situado, por ejemplo, en la zona del colector, aguas abajo de un
turbocargador o aguas abajo de un catalizador para la oxidación del
diesel.
En una forma preferente de realización del
conducto de escape, de conformidad con la invención, la unidad de
procesamiento para el aditivo, que está dispuesta en el conducto de
escape o fuera del conducto de escape, cuyo aditivo está acumulado
de manera conveniente en un recipiente de reserva, presenta una
instalación dosificadora, por medio de la cual se introducen
cantidades definidas del aditivo, o bien de un producto de
conversión del mismo, en el conducto de escape, de acuerdo con las
necesidades.
Por medio de la instalación dosificadora, que
está conectada con una unidad de control, es posible, de manera
especial, la introducción del aditivo, o bien de su producto de
conversión, en el conducto de escape independientemente del estado
de carga del motor de combustión interna y, de manera especial, de
manera discontinua.
De este modo, es posible, por ejemplo,
introducir el aditivo en el conducto de escape en función de la
concentración de hollín en los gases de escape correspondientes o
incluso en función de una denominada contrapresión de los gases de
escape.
De manera especial, puede dosificarse un aditivo
en el conducto de escape, cuyo aditivo represente al catalizador
propiamente dicho, o bien puede dosificarse un producto de
conversión del aditivo, que represente al catalizador, por medio de
la instalación dosificadora, independientemente del estado de carga
del motor de combustión interna, en cantidades tan pequeñas que,
únicamente se formen pequeñas cantidades de cenizas del aditivo, que
limitan la duración de vida del filtro de hollín.
Esto es válido, de manera especial, para el
empleo de catalizadores de elevada actividad, constituidos por un
metal noble, tal como el platino, que conducen a un aumento
considerable del rendimiento del funcionamiento del filtro de
hollín, como consecuencia de un menor ensuciamiento del filtro
debido al aditivo, lo cual, a su vez, conduce a una elevada
atractividad del conducto de escape, de conformidad con la
invención, así como a menores gastos de explotación del vehículo
automóvil correspondiente.
Una dosificación del aditivo, o bien de su
producto de conversión, puede llevarse a cabo por diversas vías. De
este modo, es posible, por ejemplo, una dosificación en continuo en
proporciones constantes o incluso en una proporción que esté
correlacionada con la emisión generada en bruto de las partículas,
que se calcula, por lo tanto, a partir de la concentración en
hollín emitida por el motor de combustión interna. La determinación
de la concentración en hollín puede llevarse a cabo bien por medio
de un sensor de hollín, que está dispuesto en el conducto de escape
o bien de acuerdo con un diagrama característico, que es función de
la carga del motor, que se predetermina por medio de un control
electrónico del motor.
En el caso de una dosificación discontinua del
aditivo, o bien de su producto de conversión, puede imaginarse la
realización de una dosificación en fases, en las cuales los gases de
escape correspondientes tengan una elevada concentración de hollín,
o incluso en fases, en las que se diagnostique una elevada carga con
hollín del filtro de hollín. Para el diagnóstico de la carga de
hollín puede acudirse bien a un sensor o bien a un modelo de carga
del filtro.
Por otra parte, puede imaginarse que la
realización de una dosificación a intervalos de tiempo y/o de
recorrido fijos, por ejemplo cada mil kilómetros recorridos por el
correspondiente vehículo automóvil. Así mismo, pueden deducirse
intervalos a partir de la cantidad de hollín, que se deposite sobre
el filtro de hollín durante el funcionamiento del motor de
combustión interna.
De igual modo, puede llevarse a cabo la
dosificación de tal manera, que el catalizador, que se deposita
junto con el hollín sobre el filtro de hollín, modifique su
concentración en forma de capas estratificadas.
Por otra parte, la dosificación puede llevarse a
cabo en función de una corriente volumétrica de los gases de
escape, de una temperatura de los gases de escape, de un número de
revoluciones del motor de combustión interna o de un momento de
torsión, ejercido por el motor de combustión interna y,
concretamente, por ejemplo, en fases en las que se posibilite una
regeneración del filtro por medio del funcionamiento del motor de
combustión interna en cooperación con el aditivo o incluso en fases
de carga baja, por ejemplo en las fases de marcha en vacío, en las
cuales se forma una menor corriente volumétrica de gases de
escape.
De igual modo, la dosificación puede depender de
otros parámetros, de manera especial cuando la unidad de
procesamiento sea utilizada también para otras finalidades, por
ejemplo para un calentamiento del habitáculo para los pasajeros o
una instalación de aire acondicionado estacionaria.
Por otra parte, una forma especial de
realización del conducto de escape, de conformidad con la invención,
abarca un sistema gestor del filtro, con el cual coopera la unidad
de procesamiento. El sistema gestor del filtro puede servir para
poner en marcha una dosificación y, de este modo, poner en
funcionamiento la unidad de procesamiento inmediatamente antes de
una necesaria regeneración del filtro de hollín.
Así mismo, el sistema gestor del filtro puede
poner en funcionamiento un quemador, que sirva para la regeneración
del filtro de hollín y, en una forma especial de realización, del
conducto de escape de conformidad con la invención, también puede
ser utilizado para la conversión del aditivo de tal manera, que
tenga lugar, al mismo tiempo, un aumento de la temperatura sobre el
filtro de hollín, necesario para la regeneración, y un aumento de
la temperatura aguas arriba del filtro de hollín, necesario para la
conversión del aditivo.
Puede imaginarse que el producto catalítico, o
un aditivo que forme un precursor del mismo, o su producto de
conversión, sean dosificados independientemente o, en una forma
especial de realización, incluso junto con otras substancias,
dosificadas por detrás del motor, tales como urea, una solución
acuosa de urea, amoníaco o similares. Sin embargo, una dosificación
independiente del aditivo tiene la ventaja de que se mejora la
posibilidad de dosificación.
Cuando sea necesario que el aditivo sea
convertido en una estructura catalíticamente activa por paso previa
a la entrada en los gases de escape, que fluyen a través del
conducto de escape, será conveniente que la unidad de procesamiento
abarque una instalación convertidora para el aditivo.
A modo de ejemplo, a la hora de la regeneración
del filtro de hollín pueden destruirse las estructuras orgánicas
protectoras del producto catalíticamente activo en la instalación
convertidora. La conversión puede llevarse a cabo mediante
combustión, por termólisis, por medio de un reformado o con ayuda de
otros tipos de reacción. De manera ejemplificativa, cuando el
aditivo esté presente en un medio líquido, será conveniente emplear
un elemento de calentamiento, por medio del cual se lleve a cabo
una evaporación del medio líquido de tal manera, que el
catalizador, que comprende al aditivo, se fije sobre las partículas
de hollín del gas de escape correspondiente tras la dosificación en
el conducto de escape y se deposite junto con las mismas sobre el
filtro de hollín.
De igual modo, puede estar previsto un quemador
adicional, que queme una mezcla constituida por el aditivo y por un
combustible y cuyos gases de combustión sean conducidos hasta el
conducto de escape a través de un punto adecuado, situado entre el
motor de combustión interna y el filtro de hollín. Puede realizarse
un almacenamiento de la mezcla de combustible/aditivo en un tanque
correspondiente.
No obstante, puede imaginarse, también, el
almacenamiento por separado del aditivo en un recipiente de reserva
y mezclarlo con combustible en un mezclador inmediatamente antes del
procesamiento, cuyo combustible se toma del tanque de combustible
tradicional del vehículo automóvil correspondiente. En este caso,
puede llevarse a cabo una mezcla en continuo del combustible y del
aditivo o incluso una adaptación de la proporción de mezcla según
las necesidades. De manera ejemplificativa, la concentración del
aditivo puede aumentarse inmediatamente antes de iniciarse la
regeneración del filtro de hollín. Así mismo, puede llevarse a cabo
el control de tal manera, que la concentración en aditivo sea
especialmente elevada al inicio de la dosificación en el conducto
de escape.
Cuando el aditivo y el medio líquido sean
mezclados sólo inmediatamente antes de su introducción en la unidad
convertidora, se presenta la ventaja de que la mezcla propiamente
dicha no tiene que ser almacenable. El medio líquido se convertirá
entonces, por ejemplo, en la instalación convertidora.
La energía de calefacción del quemador
adicional, que puede estar situado en la corriente de los gases de
escape o en una corriente parcial de los gases de escape, puede
emplearse para el calentamiento del conducto de escape o incluso
como fuente de calefacción para un habitáculo de pasajeros, en caso
necesario por medio de la interconexión de aparatos adecuados.
De manera alternativa, es posible proyectar el
conducto de escape, de conformidad con la invención, de tal manera,
que el aditivo sea introducido en el conducto de escape en forma de
suspensión. El catalizador está contenido en la suspensión en forma
de producto sólido finamente dispersado, evaporándose en el conducto
de escape el medio líquido, por ejemplo agua o un disolvente
orgánico, y fijándose el producto sólido sobre las partículas de
hollín de los gases de escape. En este caso se introduce, por lo
tanto, el material catalíticamente activo directamente en el
conducto de escape. De manera ejemplificativa, el aditivo es una
suspensión de un catalizador nanoestructurado, que puede estar
constituido por partículas de platino/óxido de cerio en una forma
especial de realización, pudiendo estar constituido el medio líquido
por agua o por un alcohol.
El aditivo, o bien el material catalíticamente
activo, puede ser dosificado en la corriente de los gases de escape
básicamente en forma gaseosa, en forma líquida o incluso como
producto sólido. En el caso en que el aditivo sea dosificado en la
corriente de los gases de escape en forma gaseosa, en forma líquida
o en forma sólida, será necesario que éste actúe catalíticamente
sobre el filtro de hollín, o que se transforme en un producto
catalíticamente activo, en el conducto de escape o en la instalación
convertidora. Como gas puede emplearse, por ejemplo, un silano, tal
como el tetrametilsilano. La unidad de procesamiento abarca
entonces, de manera conveniente, un cartucho de gas. En el conducto
de escape, o en la instalación convertidora, se lleva a cabo una
conversión del gas en un producto sólido, que puede fijarse sobre
las partículas de hollín.
Cuando el aditivo se presente disuelto en forma
líquida en un combustible, podrá abarcar, por ejemplo, también
átomos metálicos, tales como cobre, platino o plata, que formen un
complejo con ligandos orgánicos, que se destruyan en la instalación
convertidora de tal manera, que puedan fijarse los átomos metálicos
sobre las partículas de hollín de los gases de escape a modo de
centros catalíticamente activos.
De igual modo, los aditivos empleados pueden
estar constituidos, de manera especial, por compuestos que sean
solubles en el combustible diesel y que formen un complejo a base de
núcleos metálicos de cerio o de hierro.
Naturalmente, puede imaginarse también el empleo
de aditivos con otros núcleos metálicos activos, por ejemplo de
cobre, de platino o de plata, que estén protegidos por medio de un
complejo orgánico, que posibilite una solubilidad en el
combustible. Como disolvente puede emplearse, de manera alternativa
al combustible, también el agua u otro disolvente orgánico, tal
como un alcohol, pudiéndose llevar a cabo una conversión en complejo
del aditivo especialmente con ayuda de compuestos polares.
Por otra parte, los aditivos empleados pueden
estar constituidos por coloides metálicos, que se presenten en
forma no estabilizada o que estén estabilizados por medio de
ligandos y que se mantengan en solución, llevándose a cabo una
evaporación, al menos parcial, por medio de una combustión en la
instalación convertidora.
De igual modo, los aditivos pueden estar
constituidos por coloides formados por sales metálicas, tales como
los nitratos, o por óxidos metálicos, por ejemplo el óxido de cerio,
que pueden presentarse en forma estabilizada por medio de ligandos
o en forma no estabilizada. Los coloides sufren una conversión en la
unidad de procesamiento por medio de su combustión, o sufren una
conversión química, de otro tipo, en una forma catalíticamente
activa. De manera especial, en la unidad de procesamiento se lleva
a cabo una conversión química o bien estructural de los
coloides.
Así mismo, el aditivo puede estar contenido en
una mezcla acuosa, que es procesada en la instalación de
procesamiento, por ejemplo por medio de una instalación de
reformado o mediante desorción de los ligandos, que protegen al
producto catalítico, o que es dosificada directamente, como solución
acuosa, en el conducto de escape.
Sin embargo, el aditivo abarca, en una forma
preferente de realización del conducto de escape, un material
catalítico acabado, por ejemplo un óxido tal como el óxido de cerio
o mezclas de óxidos de metales nobles, que se introducen con
elevada pureza por medio de la unidad de procesamiento y,
concretamente, en forma de producto sólido en forma pura o incluso
suspendido en un líquido.
El producto sólido, catalíticamente activo,
puede presentarse en forma de óxido, por ejemplo en forma de
Fe_{2}O_{3}, en forma de CeO_{2} o como óxido de metal noble
o incluso en forma metálica. En este último caso, el producto
sólido catalíticamente activo está constituido, por ejemplo, por
plata, platino, paladio, rodio, cobre, hierro, manganeso, cromo,
cobalto, níquel o similares. El producto sólido, catalíticamente
activo, puede abarcar también una sal metálica de tipo no óxido,
por ejemplo un sulfuro, un carbonato, un sulfato, un halogenuro, un
fosfato o similares. De igual modo, el producto sólido,
catalíticamente activo, puede estar formado por una combinación de
los productos citados. Así mismo, puede imaginase el empleo de un
óxido poroso o de un óxido no poroso o de un metal con una zeolita
como soporte.
Cuando el aditivo se presente como producto
sólido puro, es decir como catalizador en forma de producto sólido
acabado, éste podrá introducirse en el conducto de escape, por
ejemplo, en forma de polvo, bien por medio de aire a presión, o
incluso por medio de un husillo transportador. En una realización de
este tipo puede desistirse de los componentes solubles del
aditivo.
Así mismo, puede imaginarse que el producto
sólido, presente como catalizador acabado, tal como, por ejemplo,
la plata, esté contenido en un recipiente de reserva en forma de
crisol y que se caliente por medio de una instalación de
calentamiento hasta que la presión de vapor sea tan elevada como
para que los gases de escape sean dotados con el vapor del producto
sólido. De la misma manera, el producto sólido puede estar contenido
en el recipiente de reserva, en estado fundido, y puede ser
evaporado en el conducto de escape. A título de ejemplo, la plata
funde a 962ºC y tiene, a 900ºC, una presión de vapor de 0,01 mbares
aproximadamente. Cuando se produce la saturación de los gases de
escape con vapor de plata es de esperar una concentración teórica
en plata de aproximadamente 1 ppm, lo cual corresponde,
aproximadamente, a la cantidad de aditivo en los procedimientos
tradicionales. La plata tiene una actividad catalítica mayor que,
por ejemplo, los óxidos de cerio o los óxidos de hierro, que han
sido empleados hasta ahora. Por lo tanto, es suficiente ya, también
con una emisión máxima de partículas del motor, una dosificada de
plata en menor cantidad. Bajo las condiciones previas del
procedimiento tradicional, la cantidad de plata devengada es
aproximadamente de 200 g con un rendimiento de desplazamiento del
vehículo automóvil correspondiente de 200.000 km.
Como consecuencia de la mayor actividad de la
plata y de una dosificación, adaptada a la emisión en bruto de
partículas, la cantidad de plata puede reducirse aproximadamente una
unidad decimal en el caso en que se utilice el conducto de escape
de conformidad con la invención. La plata introducida se acumula en
su mayor parte sobre el filtro de hollín, sin embargo, puede ser
eliminada por evaporación en pequeñas cantidades cuando las
temperaturas de la regeneración sean elevadas, situadas, por
ejemplo, en el nivel de los 900ºC. En el caso de una saturación
completa de los gases de escape con vapor de plata y de una
regeneración a intervalos de 1.000 km, con tiempos de regeneración
de 5 minutos y con una corriente volumétrica de gases de escape de
100 m^{3}/h aproximadamente, se evaporan aproximadamente 8 g de
plata por filtro con un rendimiento de desplazamiento de
aproximadamente 200.000 km. La mayor parte de la misma se sublima de
nuevo sobre los puntos más fríos del conducto de escape. El empleo
de plata tiene la ventaja de que no es tóxica.
En lugar de una evaporación, a partir de un
recipiente de reserva en forma de crisol, el producto sólido puede
ser evaporado, así mismo, por medio de una bujía con espiga de
incandescencia modificada, sobre la cual se aplica superficialmente
el material que debe ser evaporado. La cantidad de aditivo,
introducida en el conducto de escape, se ajusta entonces por medio
de la temperatura de la espiga de incandescencia, que depende de la
corriente eléctrica establecida en la espiga de incandescencia.
Cuando se presente en estado líquido el
material, que debe ser evaporado, constituido, por ejemplo, por
plata, que se presente como catalizador acabado, puede ser
introducido en el líquido el elemento de calentamiento, que es
necesario para el calentamiento del material, conduciéndose los
gases de escape a través de la superficie del líquido para la
absorción del catalizador.
Con el fin de alcanzar un elevado grado de
saturación con el catalizador en los gases de escape, que está
formado por el aditivo, los gases de escape pueden ser conducidos de
manera turbulenta en el punto de la evaporación, por ejemplo por
medio de mezcladores estáticos.
Con el fin de que el aditivo, o bien el
catalizador, pueda enlazarse mejor sobre el filtro de hollín o con
el fin de proporcionar al filtro de hollín una función catalítica
adicional, el filtro de hollín puede recubrirse con un
revestimiento sellante (washcoat) poroso, que esté constituido, por
ejemplo, por óxido de aluminio \gamma poroso. El revestimiento
sellante (washcoat) puede contener, en caso dado, otros productos
catalíticos tales como metales nobles u óxidos metálicos, sulfatos
metálicos, carbonatos metálicos o nitratos metálicos.
Con el fin de conseguir un tamaño de
construcción tan pequeño como sea posible de la unidad de
procesamiento y de conseguir pequeñas corrientes volumétricas,
puede ser conveniente emplear el aditivo en forma pura.
La invención tiene como objeto, así mismo, un
procedimiento para la regeneración de un filtro de hollín, que está
dispuesto en un conducto de escape de un motor de combustión
interna. En el procedimiento, en el que se emplea un aditivo, que
abarca un catalizador, que actúa sobre el filtro de hollín durante
la regeneración, y en el que se aumenta la temperatura del filtro
de hollín de tal manera, que se oxiden sobre el mismo las
partículas de hollín depositadas, se introduce el aditivo, o un
producto derivado del mismo, en un punto del conducto de escape,
que está situado entre el motor de combustión interna y el filtro de
hollín.
Por medio del empleo del procedimiento, de
conformidad con la invención, es posible una dosificación de un
catalizador para la regeneración del filtro de hollín
independientemente del motor de combustión interna.
Otras ventajas y configuraciones ventajosas del
objeto de la invención pueden verse en la descripción, en los
dibujos y en las reivindicaciones.
En el dibujo se han representado, de manera
esquemáticamente simplificada, tres ejemplos de realización de un
conducto de escape de conformidad con la invención y se explican con
mayor detalle en la siguiente descripción. Se muestran
en la figura 1 un conducto de escape con una
unidad de procesamiento, que presenta una instalación convertidora
para un aditivo;
en la figura 2 un conducto de escape con una
unidad de procesamiento, que comprende una válvula dosificadora,
para un producto catalíticamente activo; y
en la figura 3 un conducto de escape con una
unidad de procesamiento para un producto catalíticamente activo con
un crisol de evaporación.
En la figura 1 se ha representado un conducto de
escape 10 de un motor de combustión interna diesel que, por lo
demás, no ha sido representado con mayor detalle, correspondiente a
un vehículo automóvil de turismo. El conducto de escape 10 abarca
un tubo de escape 11 y un filtro de hollín 12 con una estructura
filtrante 14 porosa, que sirve para la separación de las partículas
de hollín a partir de los gases de escape que fluyen a través del
conducto de escape
10.
10.
Por otra parte, el conducto de escape 10 abarca,
aguas arriba del filtro de hollín 12, una instalación 16 para la
regeneración del filtro de hollín 12. La unidad 16 presenta una
instalación de calentamiento 18, por medio de la cual pueden
calentarse los gases de escape, que fluyen a través del conducto de
escape de tal manera, que pueda tener lugar sobre el filtro de
hollín 12 una oxidación térmica del hollín depositado.
La instalación 16, para la regeneración del
filtro de hollín, comprende aguas arriba de la instalación de
calentamiento 18, una unidad de procesamiento 20 para el
procesamiento de un medio líquido, tomado de un recipiente de
reserva 22. El medio líquido, que está contenido en el recipiente de
reserva 22, está constituido por una mezcla formada por combustible
diesel y por un aditivo, que está constituido por átomos de platino,
que están protegidos respectivamente por medio de un complejo
orgánico.
El combustible se quema en la instalación de
procesamiento 20, que comprende un quemador como instalación
convertidora, y el aditivo se convierte de tal manera, que se
descompone el complejo orgánico, que protege a los átomos de
platino, y pueden ser dosificados los átomos de platino en el tubo
de escape 11 por medio de una válvula dosificadora 24. Los núcleos
o bien los átomos de platino se fijan en dicho punto sobre las
partículas de hollín, que están contenidas en los gases de escape
correspondientes y forman centros catalíticamente activos para la
regeneración del filtro de hollín 12 de tal manera, que se reduce la
temperatura de activación, que es necesaria para la regeneración
del filtro de hollín 12, que se ajusta por medio del calentador
18.
Para controlar la unidad de procesamiento 20 y
la instalación de calentamiento 18 se ha previsto una unidad de
control 26, que está conectada con un control electrónico del motor
o que constituye parte integrante del mismo.
En la figura 2 se ha representado un conducto de
escape 30, que presenta, de acuerdo con el conducto de escape según
la figura 1, un filtro de hollín 12 con una estructura filtrante 14,
estando dispuesta aguas abajo del mismo una instalación 16 para la
regeneración del filtro de hollín 12, que comprende una instalación
de calentamiento 18 para los gases de escape, que fluyen a través
del conducto de escape 30.
La instalación 16 para la regeneración del
filtro de hollín 12 abarca, por otra parte, un recipiente de reserva
32, que está configurado en forma de tanque, en el cual está
contenida una suspensión acuosa con partículas catalíticamente
activas, nanoestructuradas, de platino y de óxido de cerio, que
pueden dosificarse en el conducto de escape 30 por medio de una
válvula dosificadora 24. Durante la dosificación, que se controla
por medio de una unidad electrónica de control 26, se lleva a cabo
una evaporación del medio acuoso en el conducto de escape 30,
debido a las temperaturas reinantes en la misma de tal manera, que
las partículas presentes en suspensión en el tanque 32, que están
constituidas por platino y por óxido de cerio, se depositan sobre
las partículas de hollín, que están contenidas en los gases de
escape y que sirven como centros catalíticamente activos durante la
regeneración del filtro de hollín 12, que se inicia por medio de la
activación de la instalación de calentamiento 18.
En la figura 3 se ha representado un conducto de
escape 40, que presenta, así mismo, un filtro de hollín 12 con una
estructura de filtro de hollín 14 porosa.
De manera correspondiente a los ejemplos de
realización, que han sido descritos precedentemente, se ha dispuesto
aguas abajo del filtro de hollín 12 una instalación 16 para la
regeneración del filtro de hollín 12, que presenta una instalación
de calentamiento 18 para los gases de escape, que fluyen a través
del conducto de escape 40. La instalación 16 para la regeneración
del filtro de hollín 12 abarca, aguas abajo de la instalación de
calentamiento 18, un crisol 42 que puede ser calentado, que
representa una unidad de procesamiento y que sirve como recipiente
de reserva para un aditivo, que en el caso presente está formado por
plata pura y representa un producto catalíticamente activo para la
regeneración del filtro de hollín 12.
El crisol 42, que está relleno con plata, está
conectado con una unidad de control 26, que está conectada con un
sensor de hollín 44 para la medición de la concentración en hollín
de los gases de escape, que fluyen a través del conducto de escape
40, y con una instalación de calentamiento 18. Se activa un
calentamiento del crisol 42 de la unidad de control 26 en función
de la concentración en hollín, medida por medio del sensor de
hollín 44 de tal manera, que la presión de vapor de plata aumente
sobre el crisol 42 y se dosifique la plata en el tubo de escape 11
y se deposite sobre las partículas de hollín de los gases de escape.
La plata, depositada sobre las partículas de hollín, actúa como
producto catalíticamente activo durante la regeneración del filtro
de hollín 12.
Claims (21)
1. Conducto de escape de un motor de combustión
interna, de manera especial de un motor de combustión interna
diesel, que comprende un filtro de hollín (12) y una instalación
(16) para la regeneración del filtro de hollín (12),
caracterizada porque la instalación (16) comprende una unidad
de procesamiento (20, 24, 42) para la regeneración del filtro de
hollín (12), por medio de la cual puede introducirse en el conducto
de escape un aditivo, que comprende un catalizador para la
regeneración, o un producto de conversión del mismo, aguas abajo
del motor de combustión interna y aguas arriba del filtro de hollín
(12), representando el aditivo una suspensión de un catalizador
nanoestructurado o una solución de un coloide metálico.
2. Conducto de escape según la reivindicación 1,
caracterizada porque está asociado un recipiente de reserva
(22, 32, 42) para el aditivo con la unidad de procesamiento (20, 24,
42).
3. Conducto de escape según la reivindicación 1
o 2, caracterizada porque está asociada una instalación
dosificadora (24) con la unidad de procesamiento (20, 24).
4. Conducto de escape según la reivindicación 3,
caracterizada porque la instalación dosificadora (24) se
encuentra en conexión con una unidad de control (26).
5. Conducto de escape según las reivindicaciones
1 a 3, caracterizada porque la unidad de procesamiento (20)
comprende una instalación convertidora para el aditivo, que
comprende al catalizador.
6. Conducto de escape según la reivindicación 5,
caracterizada porque la instalación convertidora (20)
comprende un quemador o un elemento de calentamiento.
7. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la unidad de
procesamiento (42) coopera con un sensor de hollín (44).
8. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la unidad de
procesamiento coopera con un control electrónico del motor.
9. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la unidad de
procesamiento coopera con un sistema de gestión del filtro.
10. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el aditivo, que
comprende al catalizador, está contenido en un medio líquido.
11. Conducto de escape según la reivindicación
10, caracterizada porque el medio líquido es un disolvente
acuoso y/o un disolvente orgánico.
12. Conducto de escape según la reivindicación
10, caracterizada porque el medio líquido es un
combustible.
13. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la unidad de
procesamiento comprende un medio para la conducción turbulenta de
los gases de escape.
14. Conducto de escape según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el filtro de
hollín está recubierto con un revestimiento sellante poroso
(washcoat).
15. Procedimiento para la regeneración de un
filtro de hollín (12), que está dispuesto en un conducto de escape
(10, 20, 40) de un motor de combustión interna, cuyas etapas
comprenden:
- -
- el empleo de un aditivo, que actúa sobre el filtro de hollín (12) durante la regeneración;
- -
- el aumento de la temperatura del filtro de hollín (12) de tal manera, que se oxiden las partículas de hollín, que se han depositado sobre el mismo,
caracterizado porque se
introduce el aditivo, o un producto de conversión del mismo, en el
conducto de escape (10, 20, 40) en un punto, que se encuentra
situado entre el motor de combustión interna y el filtro de hollín
(12), y porque el aditivo representa una suspensión de un
catalizador nanoestructurado o una solución de un coloide
metálico.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión,
es introducido en continuo.
17. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión,
es introducido de manera discontinua.
\newpage
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque el aditivo, o
su producto de conversión, es introducido en función de una
concentración en hollín de los gases de escape.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque el aditivo, o
su producto de conversión, es introducido en función de una
contrapresión de los gases de escape.
20. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el aditivo, o
su producto de conversión, es introducido en el conducto de escape
por medio de la evaporación de un líquido.
21. Procedimiento según las reivindicaciones 15
a 19, caracterizado porque el aditivo, o su producto de
conversión, es introducido en el conducto de escape por medio de la
combustión de un combustible.
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