ES2337957T3 - Aparato de purificacion de gas de escape para motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Aparato de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna que presenta: un dispositivo (14) de adición de combustible que se proporciona en un conducto de gas de escape del motor de combustión interna y añade combustible al conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible; y un catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx que se proporciona aguas abajo del dispositivo (14) de adición de combustible en el conducto de gas de escape y adsorbe NOx contenido en el gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx adsorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape es rica, en el que cuando la relación aire-combustible del gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx, se añade combustible desde el dispositivo (14) de adición de combustible de tal manera que el combustible añadido se adhiere al catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible, con lo cual el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx está constituido por una pluralidad de catalizadores (12, 13) de adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie, incluyendo un catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba sobre el que se soportan platino Pt y, opcionalmente, paladio Pd, y un catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo que está dispuesto aguas abajo del catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba y sobre el que se soportan platino Pt y paladio Pd; estando el aparato de purificación de gas de escape caracterizado porque: la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%; y la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba es mayor que la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
Description
Aparato de purificación de gas de escape para
motor de combustión interna.
La invención se refiere a un aparato de
purificación de gas de escape para un motor de combustión interna,
según se describe por ejemplo en el documento DE 10148915.
Se conoce un motor de combustión interna en el
que se proporciona en un conducto de gas de escape un catalizador
de adsorción-reducción de NOx que adsorbe NOx
contenido en el gas de escape entrante cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre y
libera el NOx adsorbido cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es igual a la
relación aire-combustible estequiométrica o rica. El
catalizador de adsorción-reducción de NOx incluye
un catalizador de metal noble compuesto por platino Pt y un
absorbente de NOx. Cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre, el NOx
contenido en el gas de escape, es decir, el NO contenido en el gas
de escape se oxida para dar NO_{2} sobre el platino Pt y luego se
absorbe en el absorbente de NOx en forma de iones nitrato
NO_{3}^{-}.
Por otra parte, cuando se libera se libera el
NOx absorbido del absorbente de NOx y se reduce el NOx liberado, se
enriquece la relación aire-combustible del gas de
escape que entra en el catalizador de
adsorción-reducción de NOx. A medida que se
enriquece la relación aire-combustible del gas de
escape, disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape, de
modo que el NOx absorbido en el absorbente de NOx en forma de iones
nitrato NO_{3}^{-} se convierte en NO_{2} y se desplaza hasta
la superficie del platino Pt, y el NO_{2} se reduce entonces
mediante el HC y CO sin quemar contenidos en el gas de escape.
La relación aire-combustible del
gas de escape puede enriquecerse suministrando combustible adicional
a las cámaras de combustión respectivas o añadiendo combustible al
conducto de gas de escape. En cualquier caso, si se añade
combustible de tal manera que el combustible añadido entra en el
catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma
de un gas combustible, inmediatamente se libera NOx del catalizador
de adsorción-reducción de NOx y luego se reduce en
respuesta al enriquecimiento de la relación
aire-combustible del gas de escape. Sin embargo,
esto no sucede si se añade combustible al conducto de gas de escape
en forma de gotas finas de combustible y luego se adhiere al
catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma
de gotas de combustible.
Es decir, si el combustible que se ha añadido
para enriquecer la relación aire-combustible del gas
de escape se adhiere al catalizador de
adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de
combustible, el combustible líquido cubre el platino Pt soportado
sobre el catalizador de adsorción-reducción de NOx.
Cuando el combustible líquido cubre el platino Pt, el oxígeno
contenido en el gas de escape no puede alcanzar la superficie del
platino Pt. Por tanto, el combustible líquido sobre el platino Pt
puede no oxidarse apropiadamente. Si el combustible líquido no
puede oxidarse apropiadamente, el oxígeno en el gas de escape no se
consume suficientemente. Por tanto, la concentración de oxígeno no
disminuye suficientemente, y por tanto no se libera NOx del
absorbente de NOx suficientemente. Además, en este caso, dado que
el combustible líquido no se vaporiza eficazmente, la cantidad de
HC sin quemar en el gas de escape se vuelve insuficiente, y por
tanto el NOx liberado no puede reducirse suficientemente.
En vista de esto, los presentes inventores,
durante su estudio, se han centrado en la capacidad de adsorción de
oxígeno del paladio Pd y han descubierto lo siguiente. Es decir, si
el paladio Pd está soportado sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx como metal noble al igual
que el platino Pt, se promueve la oxidación del combustible líquido
sobre el catalizador de adsorción-reducción de NOx
por una gran cantidad de oxígeno adsorbido en el paladio Pd, y el
calor generado por esta oxidación acelera la vaporización del
combustible líquido sobre el platino Pt, promoviendo así la
liberación de NOx del absorbente de NOx.
Si se aumenta la cantidad de paladio Pd y se
reduce la cantidad de platino Pt, se promueve la vaporización del
combustible líquido sobre el platino Pt mediante el calor de
reacción generado a través de la oxidación del paladio Pd. En este
caso, sin embargo, dado que la cantidad de platino Pt es pequeña, el
efecto de liberación de NOx es débil, y por tanto no puede
liberarse NOx eficazmente. Por otra parte, si se reduce la cantidad
del paladio Pd y se aumenta la cantidad de platino Pt, no se
promueve la oxidación del combustible líquido sobre el platino Pt
mediante el calor de reacción generado a través de la oxidación del
oxígeno adsorbido en el paladio Pd, y por tanto el efecto de
liberación de NOx se vuelve débil a pesar del aumento del platino
Pt. Por tanto, en este caso, tampoco puede liberarse NOx
eficazmente.
Como tal, está claro que la liberación eficaz de
NOx sólo puede lograrse cuando la relación entre la cantidad de
platino Pt y la cantidad del paladio Pd está en un intervalo
apropiado dado que no es excesivamente alta ni excesivamente baja.
Con respecto a este punto, la publicación de solicitud de patente
japonesa n.º 2003-205245
(JP-A-2003-205245)
describe un filtro de partículas sobre el que se soportan platino Pt
y paladio Pd de tal manera que se soportan 1 gramo de platino y 1
gramo del paladio Pd por litro del volumen de cuerpo de filtro. En
este caso, la relación del número molar del platino Pt con respecto
a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd es
de aproximadamente 35,7. Sin embargo, con tal razón molar, la
cantidad del paladio Pd es demasiado grande en comparación con la
cantidad del platino Pt. Por tanto, no puede liberarse NOx
eficazmente.
Mientras tanto, los presentes inventores
descubrieron lo siguiente como resultado de su continuo estudio
sobre el efecto del paladio Pd. Es decir, si la relación entre la
cantidad de platino Pt y la cantidad del paladio Pd se fija
apropiadamente, puede lograrse la liberación eficaz de NOx. Sin
embargo, cuando la temperatura del catalizador de
adsorción-reducción de NOx es baja, el paladio Pd
impide la absorción del NO_{2} en el gas de escape en el
absorbente de NOx. Por tanto, cuando la temperatura del catalizador
de adsorción-reducción de NOx es baja, tal como
inmediatamente tras la puesta en marcha del motor, la tasa de
eliminación de NOx disminuye.
En vista de lo anterior, la invención
proporciona un aparato de purificación de gas de escape que
garantiza que el NOx se libera eficazmente de un catalizador de
adsorción-reducción de NOx incluso cuando se añade
combustible en forma de gotas de combustible cuando se libera NOx
del catalizador de adsorción-reducción de NOx y que
consigue una tasa de eliminación mejorada cuando la temperatura del
catalizador de adsorción-reducción de NOx es
baja.
El primer aspecto de la invención se refiere a
un aparato de purificación de gas de escape para un motor de
combustión interna que presenta: un dispositivo de adición de
combustible que se proporciona en un conducto de gas de escape del
motor de combustión interna y añade combustible al conducto de gas
de escape en forma de gotas finas de combustible; y un catalizador
de adsorción-reducción de NOx que se proporciona
aguas abajo del dispositivo de adición de combustible en el
conducto de gas de escape y adsorbe NOx contenido en el gas de
escape que entra en el catalizador de
adsorción-reducción de NOx cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre y
libera el NOx adsorbido cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es rica, en el
que cuando la relación aire-combustible del gas de
escape que entra en el catalizador de
adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse
con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador de
adsorción-reducción de NOx, se añade combustible
desde el dispositivo de adición de combustible de tal manera que el
combustible añadido se adhiere al catalizador de
adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de
combustible. Según este aparato de purificación de gas de escape,
el catalizador de adsorción-reducción de NOx está
constituido por una pluralidad de catalizadores de
adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie,
incluyendo un catalizador de adsorción-reducción de
NOx aguas arriba sobre el que se soportan platino Pt y,
opcionalmente, paladio Pd y un catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo que está
dispuesto aguas abajo del catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba y sobre el
que se soportan platino Pt y paladio Pd. Además, la relación del
número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto
a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd
soportados sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde
aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%. Además, la
relación del número molar del platino Pt soportado sobre el
catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas
arriba con respecto a la suma de los números molares del platino Pt
y el paladio Pd soportados sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba es mayor que
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el
catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt
y el paladio Pd soportados sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
La liberación eficaz de NOx del catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo puede
garantizarse si la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto
a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd
soportados sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo se fija en
desde aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%. Más
preferiblemente, la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo se fija en
desde aproximadamente el 58% hasta aproximadamente el 75%. Además,
si la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el
catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo se fija en aproximadamente el 66%, puede obtenerse una tasa
de eliminación de NOx alta. Además, si la relación del número molar
del platino Pt se fija para la pluralidad de catalizadores de
adsorción-reducción de NOx de tal manera que cuanto
más aguas arriba esté situado el catalizador de
adsorción-reducción de NOx, mayor sea la relación
del número molar del platino Pt, puede obtenerse una mayor tasa de
eliminación de NOx cuando la temperatura del catalizador de
adsorción-reducción de NOx es baja.
Las características, sus ventajas, y la
relevancia técnica e industrial de esta invención se entenderán
mejor con la lectura de la siguiente descripción detallada de
realizaciones preferidas de la invención, cuando se considera en
conexión con los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista global de un motor de
combustión interna de encendido por compresión;
la figura 2 es una vista global de un motor de
combustión interna de encendido por compresión según otro
ejemplo;
la figura 3 es una vista global de un motor de
combustión interna de encendido por compresión según otro ejemplo
más;
la figura 4A es una vista frontal de un filtro
de partículas;
la figura 4B es una vista lateral en sección
transversal del filtro de partículas;
la figura 5 es una vista en sección transversal
que muestra esquemáticamente la superficie del sustrato de un
catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas
arriba;
la figura 6A y la figura 6B son vistas en
sección transversal que muestran esquemáticamente la superficie del
sustrato de un catalizador de adsorción-reducción de
NOx aguas abajo;
la figura 7A y la figura 7B son vistas en
sección transversal que muestran esquemáticamente la superficie del
sustrato del catalizador de adsorción-reducción de
NOx aguas abajo;
la figura 8 es un gráfico que ilustra la
relación entre la tasa de oxidación y la razón molar del
platino;
la figura 9 es un gráfico que ilustra la
relación entre la tasa de eliminación de NOx y la temperatura del
catalizador de adsorción-reducción de NOx;
la figura 10 es un gráfico que ilustra la
relación entre la tasa de eliminación de NOx y la razón molar del
platino;
la figura 11 es un diagrama que compara la
concentración de NOx de un catalizador de
adsorción-reducción de NOx sobre el que sólo se
soporta platino Pt y la concentración de NOx de un catalizador de
adsorción-reducción de NOx sobre el que se soportan
platino Pt y paladio Pd;
la figura 12 es un gráfico que ilustra la
relación entre la cantidad de adsorción de NOx y la razón molar del
platino a baja temperatura;
la figura 13 es un diagrama de tiempo que
ilustra un procedimiento para liberar NOx;
la figura 14 es un mapa que indica la cantidad
de NOx adsorbido por unidad de tiempo; y
la figura 15 es un diagrama de flujo que muestra
un procedimiento de purificación de gas de escape.
En la siguiente descripción y en los dibujos
adjuntos, la presente invención se describirá con más detalle en
referencia a realizaciones a modo de ejemplo.
La figura 1 es una vista global de un motor de
combustión interna de encendido por compresión. En referencia a la
figura 1, el motor de combustión interna tiene un cuerpo 1 de motor,
cámaras 2 de combustión de los respectivos cilindros, válvulas 3 de
inyección de combustible controladas electrónicamente para inyectar
combustible a las cámaras 2 de combustión respectivas, un colector
4 de admisión y un colector 5 de escape. El colector 4 de admisión
está conectado a la salida de un compresor 7a de un turbocargador 7
a través de un tubo 6 de admisión. La entrada del compresor 7a está
conectada a un depurador 8 de aire. Se proporciona una válvula 9 de
estrangulación accionada por un motor paso a paso en el tubo 6 de
admisión. Un dispositivo 10 de refrigeración para refrigerar el
aire de admisión que fluye en el tubo 6 de admisión se proporciona
alrededor del tubo 6 de admisión. En la realización a modo de
ejemplo ilustrada en la figura 1, el refrigerante del motor se
distribuye al dispositivo 10 de refrigeración y el aire de admisión
se refrigera mediante el refrigerante del motor.
Por otra parte, el colector 5 de escape está
conectado a la entrada de una turbina 7b del turbocargador 7. Se
proporcionan catalizadores 12, 13 de
adsorción-reducción de NOx en serie en una salida 11
de la turbina 7b. Aunque los dos catalizadores 12, 13 de
adsorción-reducción de NOx se proporcionan en serie
en esta realización a modo de ejemplo, pueden proporcionarse tres o
más catalizadores de adsorción-reducción de NOx en
serie. Se proporciona una válvula 14 de adición de combustible en
el colector 5 de escape. La válvula 14 de adición de combustible
añade combustible al gas de escape en forma de gotas finas de
combustible. En esta realización a modo de ejemplo, se usa aceite
ligero como combustible.
El colector 5 de escape y el colector 4 de
admisión están conectados entre sí a través de un conducto 15 de
recirculación de gas de escape (RGE). Una válvula 16 de control de
RGE que es una válvula controlada electrónicamente se proporciona
en el conducto 15 de RGE. Un dispositivo 17 de refrigeración para
refrigerar el gas de RGE que fluye en el conducto 15 de RGE se
proporciona alrededor del conducto 15 de RGE. En la realización a
modo de ejemplo ilustrada en la figura 1, el refrigerante del motor
se distribuye al dispositivo 17 de refrigeración y el gas de RGE se
refrigera por el refrigerante del motor. Las válvulas 3 de inyección
de combustible están conectadas a un conducto 19 común ("common
rail") a través de tubos 18 de suministro de combustible
correspondientes. El combustible se suministra al conducto 19 común
desde una bomba 20 de combustible controlada electrónicamente que
puede cambiar su tasa de descarga. El combustible en el conducto 19
común se suministra entonces a las válvulas 3 de inyección de
combustible a través de los tubos 18 de suministro de combustible,
respectivamente.
Una unidad 30 de control electrónica está
constituida por un ordenador digital que tiene una ROM (memoria de
sólo lectura) 32, una RAM (memoria de acceso aleatorio) 33, una CPU
(microprocesador) 34, un puerto 35 de entrada y un puerto 36 de
salida, que están todos conectados entre sí a través de un bus 31 de
comunicación bidireccional. Un sensor 41 de carga está conectado a
un pedal 40 de acelerador. El sensor 41 de carga emite tensión
proporcional a una depresión L del pedal 40 de acelerador. La
tensión emitida por el sensor 41 de carga se introduce en el puerto
35 de entrada a través de un convertidor 37 AD. Además, un sensor 42
del ángulo del cigüeñal está conectado a un puerto 35 de entrada.
El sensor 42 del ángulo del cigüeñal emite un impulso cada vez que
el cigüeñal gira, por ejemplo, 15 grados. Por otra parte, el puerto
36 de salida está conectado a las válvulas 3 de inyección de
combustible, al motor paso a paso para accionar la válvula 9 de
estrangulación, a la válvula 14 de adición de combustible, a la
válvula 16 de control de RGE y a la bomba 20 de combustible a
través de circuitos 38 de accionamiento correspondientes.
La figura 2 muestra otro ejemplo de un motor de
combustión interna de encendido por compresión. En este ejemplo, el
catalizador 12 de adsorción-reducción de NOx
proporcionado en el lado aguas arriba y el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx proporcionado en el lado
aguas abajo están integrados.
La figura 3 muestra otro ejemplo de un motor de
combustión interna de encendido por compresión. En este ejemplo, el
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx
proporcionado en el lado aguas abajo está soportado sobre un filtro
13a de partículas. La figura 4A y la figura 4B muestran la
estructura del filtro 13a de partículas sobre el que está soportado
el catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx.
Obsérvese que la figura 4A es una vista frontal del filtro 13a de
partículas y la figura 4B es una vista lateral en sección
transversal del filtro 13a de partículas. En referencia a la figura
4A y a la figura 4B, el filtro 13a de partículas tiene una
estructura en panal de abeja que tiene conductos 60 de entrada de
gas de escape y conductos 61 de salida de gas de escape que
discurren en paralelo entre sí. El extremo aguas abajo de cada
conducto 60 de entrada de gas de escape está cerrado por un tapón
62 y el extremo aguas arriba de cada conducto 61 de salida de gas
de escape está cerrado por un tapón 63. Obsérvese que las partes
sombreadas en la figura 4 indican los tapones 63. Es decir, los
conductos 60 de entrada de gas de escape y los conductos 61 de
salida de gas de escape están dispuestos de manera alterna con
paredes 64 de separación delgadas interpuestas entre los mismos. En
otras palabras, los conductos 60 de entrada de gas de escape y los
conductos 61 de salida de gas de escape están dispuestos de tal
manera que cada conducto 60 de entrada de gas de escape está rodeado
por cuatro conductos 61 de salida de escape y cada conducto 61 de
salida de gas de escape está rodeado por cuatro conductos 60 de
entrada de gas de escape.
El filtro 13a de partículas está hecho de un
material poroso, tal como cordierita. Por tanto, el gas de escape
entra en cada conducto 60 de gas de entrada de escape y luego pasa a
través de las paredes 64 de separación circundantes hasta los
conductos 61 de salida de gas de escape adyacentes tal como se
indica mediante las flechas en la figura 4B. Un sensor 21 de
presión diferencial para detectar la presión diferencial a través
del filtro 13a de partículas, es decir, la presión diferencial a
través del catalizador 13 de adsorción-reducción de
NOx aguas abajo, se proporciona en el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo. En lo
sucesivo, el catalizador 12 de adsorción-reducción
de NOx que se proporciona en el lado aguas arriba tal como se
muestra en la figura 1 a la figura 3 se denominará como
"catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas
arriba" y el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx que se proporciona en el
lado aguas abajo tal como se muestra en la figura 1 a la figura 3
se denominará como "catalizador de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo".
La figura 5 muestra esquemáticamente una sección
transversal de la superficie de un soporte 45 del catalizador que
está hecho de, por ejemplo, alúmina y está soportado sobre el
sustrato del catalizador 12 de adsorción-reducción
de NOx aguas arriba. La figura 6A, la figura 6B, la figura 7A y la
figura 7B muestran esquemáticamente la sección transversal de la
superficie de un soporte 45 del catalizador que está hecho de, por
ejemplo, alúmina y está soportado sobre el sustrato del catalizador
13 de adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
Con respecto a la estructura del catalizador 12
de adsorción-reducción de NOx aguas arriba, tal como
se muestra en la figura 5, el platino Pt 46 está soportado de
manera dispersa sobre la superficie del soporte 45 del catalizador,
y una capa de absorbente 47 de NOx también está formada sobre la
superficie del soporte 45 del catalizador. Por otra parte, con
respecto al catalizador 13 de adsorción-reducción de
NOx aguas abajo, tal como se muestra en la figura 6A, la figura 6B,
la figura 7A y la figura 7B, el platino Pt 46 y el paladio Pd 48
están soportados de manera dispersa sobre el soporte 45 del
catalizador y una capa del absorbente 47 de NOx también está
formada sobre el soporte 45 del catalizador. El absorbente 47 de NOx
mostrado en la figura 5, la figura 6A, la figura 6B, la figura 7A y
la figura 7B está hecho de al menos uno seleccionado del grupo que
consiste en metal alcalino (por ejemplo, potasio K, sodio Na, cesio
Cs), tierra alcalina (por ejemplo, bario Ba, calcio Ca), y tierra
rara alcalina (por ejemplo, lantano La,
itrio Y).
itrio Y).
Suponiendo que la relación
aire-combustible del gas de escape es la relación
entre el aire y el combustible (hidrocarburo) suministrado al
conducto de admisión del motor, al catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba, y al
conducto de gas de escape aguas arriba del catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba, el
absorbente 47 de NOx absorbe NOx cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre, y el
absorbente 47 de NOx libera el NOx absorbido cuando la concentración
de oxígeno en el gas de escape disminuye.
Es decir, por ejemplo, en el caso en el que el
absorbente 47 de NOx está hecho de bario Ba, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre, es
decir, cuando la concentración de oxígeno del gas de escape es
alta, el NO contenido en el gas de escape se oxida para dar NO_{2}
sobre el platino Pt 46 tal como se muestra en la figura 6A y la
figura 6B, y luego el NO_{2} se absorbe en el absorbente 47 de NOx
y se combina con óxido de bario BaO y se dispersa en el absorbente
47 de NOx en forma de iones nitrato NO_{3}^{-}.
El paladio Pd 48 muestra una baja capacidad de
oxidación y una alta capacidad para atrapar oxígeno cuando su
temperatura está por debajo de aproximadamente desde 300ºC hasta
330ºC. En este estado, tal como se muestra en la figura 6A, el
NO_{2} en el gas de escape se ve privado de oxígeno sobre la
superficie del paladio Pd 48 y por tanto se vuelve NO. Este NO se
vuelve NO_{2} sobre la superficie del platino Pt 46 adyacente y
luego se absorbe en el absorbente 47 de NOx en forma de iones
nitrato NO_{3}^{-}. Por otro lado, el paladio Pd 48 muestra una
alta capacidad de oxidación cuando su temperatura está por encima de
aproximadamente desde 300ºC hasta 330ºC. En este estado, tal como
se muestra en la figura 6B, el NO contenido en el gas de escape se
oxida para dar NO_{2} sobre la superficie del paladio Pd 48 y se
absorbe en el absorbente 47 de NOx en forma de iones nitrato
NO_{3}^{-}.
En referencia a la figura 5, la figura 6A y la
figura 6B, parte del NO_{2} contenido en el gas de escape se
absorbe directamente en el absorbente 47 de NOx en forma de iones
nitrato NO_{3}^{-}. Así es como el NO y el NO_{2} contenidos
en el gas de escape, es decir, el NOx contenido en el gas de escape
se absorbe en el absorbente 47 de NOx. Por tanto, siempre que la
concentración de oxígeno del gas de escape sea alta, se produce
NO_{2} sobre la superficie del platino Pt 46 o sobre la superficie
del paladio Pd 48, y siempre que la capacidad de absorción de NOx
del absorbente 47 de NOx no esté saturada, se absorbe NO_{2} en el
absorbente 47 de NOx y se producen iones nitrato
NO_{3}^{-}.
Por otro lado, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es rica o igual a
la relación aire-combustible estequiométrica, la
concentración de oxígeno del gas de escape disminuye, y esto hace
que la reacción sea en sentido inverso (NO_{3}^{-} ->
NO_{2}). Por tanto, los iones nitrato NO_{3}^{-} en el
absorbente 47 de NOx se liberan al gas de escape en forma de
NO_{2}. El NOx liberado se reduce entonces por el HC y el CO sin
quemar contenidos en el gas de escape.
Como tal, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre, es
decir, cuando la combustión del motor tiene lugar con una relación
aire-combustible pobre, el NOx en el gas de escape
se absorbe en el absorbente 47 de NOx. Sin embargo, si la
combustión del motor continúa con una relación
aire-combustible pobre, la capacidad de absorción
de NOx del absorbente 47 de NOx se satura con el tiempo y por tanto
el absorbente 47 de NOx llega a no tener capacidad para absorber
más NOx. Para enfrentarse a esto, en esta realización a modo de
ejemplo de la invención, se añade combustible desde la válvula 14
de adición de combustible antes de que la capacidad de absorción
del absorbente 47 de NOx se sature. Haciendo esto, la relación
aire-combustible del gas de escape se enriquece
temporalmente, de modo que el NOx absorbido en el absorbente 47 de
NOx se libera del mismo.
Aunque el platino Pt tiene la propiedad de
atrapar oxígeno sobre su superficie, la cantidad de oxígeno que el
platino Pt puede atrapar no es grande. En comparación con el
platino, el paladio Pd puede atrapar mucha más cantidad de oxígeno.
Por tanto, cuando la relación aire-combustible del
gas de escape es pobre, tal como se muestra en la figura 6A, el
paladio Pd 48 atrapa y almacena una cantidad mucho mayor de oxígeno
que el platino Pt 46. Por otra parte, en vista de la capacidad de
oxidación, el platino Pt tiene una capacidad de oxidación
extremadamente alta mientras que el paladio Pd tiene una capacidad
de oxidación baja. Como tal, el platino Pt y el paladio Pd tienen
propiedades significativamente diferentes.
Cuando la relación
aire-combustible del gas de escape se ha enriquecido
añadiendo combustible desde la válvula 14 de adición de combustible
tal como se ha descrito anteriormente, se libera NOx del absorbente
47 de NOx y el NOx liberado se reduce entonces por el HC y el CO
sin quemar contenidos en el gas de escape. En este caso, si el
combustible añadido está en un estado líquido, la concentración de
oxígeno del gas de escape no disminuye aunque la relación
aire-combustible del gas de escape se
"enriquezca" teóricamente. En este caso, por tanto, no se
libera NOx del absorbente 47 de NOx. Según la invención, sin
embargo, incluso aunque el combustible añadido esté en un estado
líquido, puede liberarse NOx del absorbente 47 de NOx de manera
eficaz.
Es decir, aunque parte del combustible añadido
desde la válvula 14 de adición de combustible se vuelva un gas
combustible, la mayor parte del combustible fluye a través del
conducto de gas de escape en forma de gotas de combustible junto
con el gas de escape y las gotas de combustible se adhieren luego a
los catalizadores 12, 13 de adsorción-reducción de
NOx. Como resultado, en el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo, las gotas
50 de combustible cubren el platino Pt y el paladio Pd tal como se
muestra en la figura 7A. Cuando las gotas 50 de combustible cubren
el platino Pt, el oxígeno contenido en el gas de escape no puede
alcanzar la superficie del platino Pt porque está bloqueado por las
gotas 50 de combustible sobre el platino Pt. Por tanto, cuando sólo
se evalúa el platino Pt, independientemente de lo alta que sea la
capacidad de oxidación del platino Pt, la reacción de oxidación de
las gotas 50 de combustible no avanza demasiado, y por tanto las
gotas 50 de combustible no se vaporizan demasiado.
Por otra parte, puesto que se almacena una gran
cantidad de oxígeno en el paladio Pd, cuando las gotas 50 de
combustible cubren el paladio Pd, las gotas 50 de combustible se
oxidan por la gran cantidad de oxígeno sobre el paladio Pd. En este
momento, se genera una gran cantidad de calor de reacción de
oxidación, y este calor de reacción de oxidación vaporiza las gotas
50 de combustible que cubren el paladio Pd y también vaporizan las
gotas 50 de combustible que cubren el platino Pt. Cuando las gotas
50 de combustible que cubren el platino Pt se han vaporizado, el
oxígeno en el gas de escape empieza a llegar a la superficie del
platino Pt, y esto promueve las reacciones de oxidación del HC y el
CO sin quemar sobre el platino Pt. Como resultado, la concentración
de oxígeno del gas de escape disminuye, de modo que se libera NOx
del absorbente 47 de NOx y el NOx liberado se reduce entonces por
el HC y el CO sin quemar vaporizados.
Como tal, si el paladio Pd está soportado sobre
el catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx
aguas abajo al igual que el platino Pt, la liberación y reducción
de NOx pueden tener lugar de manera apropiada. Sin embargo, si se
aumenta la cantidad de paladio Pd y se reduce la cantidad de platino
Pt mientras se mantiene la suma de la cantidad de platino Pt y la
cantidad del paladio Pd en un valor constante, la reducción de
platino Pt dificulta que el HC y el CO sin quemar se oxiden
suficientemente y por tanto no puede liberarse NOx eficazmente, a
pesar de que se promueve la vaporización de las gotas 50 de
combustible por el calor de reacción de oxidación aumentado
provocado por el oxígeno almacenado en el paladio Pd.
Por otra parte, si se reduce la cantidad de
paladio Pd y se aumenta la cantidad de platino Pt de manera
correspondiente, la vaporización de las gotas 50 de combustible
sobre el platino Pt no se promueve suficientemente por el calor de
reacción de oxidación del oxígeno almacenado en el paladio Pd, y por
tanto, a pesar de la mayor cantidad de platino Pt, el HC y el CO
sin quemar no pueden oxidarse suficientemente. Es decir, en este
caso, tampoco puede liberarse NOx suficientemente. Como tal, está
claro que la liberación eficaz de NOx sólo puede conseguirse cuando
la relación entre la cantidad de platino Pt y la cantidad de paladio
Pd está en un intervalo adecuado dado que no es excesivamente alto
ni excesivamente bajo.
La figura 8 muestra una relación obtenida
empíricamente entre la tasa de oxidación, que representa la cantidad
de oxidación por unidad de tiempo, y la relación del número molar
del platino Pt con respecto a la suma de los números molares del
platino Pt y el paladio Pd (en lo sucesivo se denominará "razón
molar del platino"). En referencia a la figura 8, cuanto mayor
sea la tasa de oxidación, mejor es el efecto de liberación de NOx
del absorbente 47 de NOx. Tal como se muestra en la figura 8, el
efecto de liberación de NOx alcanza su máximo cuando la razón molar
del platino es de aproximadamente el 66%.
La figura 9 ilustra la relación entre la tasa de
eliminación de NOx y una temperatura Tc del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo, que se ha
obtenido empíricamente tras la liberación de NOx. En la figura 9,
los puntos negros representan el caso en el que sólo el platino Pt
está soportado sobre el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo, es decir,
cuando la razón molar del platino es del 100%. Por otra parte, los
puntos huecos representan el caso en el que la razón molar del
platino es del 66%. Como resulta evidente a partir de la figura 9,
la tasa de eliminación de NOx aumenta a medida que aumenta la
temperatura Tc del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo tanto en el
caso de la razón molar del platino del 100% como en el caso de la
razón molar del platino del 66%. Sin embargo, la tasa de eliminación
de NOx es mayor, a cualquier nivel de temperatura Tc, cuando la
razón molar del platino es del 66% que cuando es del 100%.
La figura 10 ilustra la relación entre la tasa
de eliminación de NOx y la razón molar del platino que se obtiene
cuando la temperatura Tc del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo es de 350ºC.
Hay una tendencia común entre la variación de la tasa de
eliminación de NOx indicada en la figura 10 y la variación de la
tasa de oxidación indicada en la figura 8. Tal como se muestra en la
figura 10, la tasa de eliminación de NOx alcanza su máximo cuando
la razón molar del platino es aproximadamente del 66%. Por tanto, de
la manera más preferible, las cantidades de platino Pt y de paladio
Pd que han de soportarse sobre el catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo se fijan de
tal manera que la relación entre las mismas se vuelve
aproximadamente del 66%.
Cuando la tasa de eliminación de NOx ha
disminuido, si la tasa de la disminución está dentro del 5% más o
menos, todavía puede decirse que es la tasa de eliminación de NOx
máxima. El intervalo de la razón molar del platino correspondiente
a esta tolerancia de la tasa de eliminación de NOx máxima es desde
aproximadamente el 58% hasta aproximadamente el 75% tal como se
indica mediante "X" en la figura 10. Como tal, la razón molar
del platino se fija preferiblemente dentro del intervalo desde
aproximadamente el 58% hasta aproximadamente el 75%.
Además, incluso aunque la tasa de eliminación de
NOx se haga inferior a la tasa de eliminación de NOx máxima en un
10% más o menos, todavía es eficaz en el uso práctico, y el
intervalo de la razón molar del platino correspondiente al
intervalo de la tasa de eliminación de NOx del -10% es desde
aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80% tal como se
indica mediante "Y" en la figura 10. Como tal, en vista del uso
práctico, es suficiente con fijar la razón molar del platino en el
intervalo desde aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el
80%.
La figura 11 ilustra cómo la concentración de
NOx del gas de escape descargado desde un catalizador de
adsorción-reducción de NOx varía cuando la relación
aire-combustible en las cámaras de combustión de un
motor de gasolina se enriquece, es decir, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape, que está en un
estado gaseoso, se enriquece. Más específicamente, la figura 11
muestra la variación de la concentración de NOx que se encuentra con
un catalizador de adsorción-reducción de NOx sobre
el que sólo el platino Pt está soportado y la variación de la
concentración de NOx que se encuentra con un catalizador de
adsorción-reducción de NOx sobre el que se soportan
platino Pt y paladio Pd. Tal como resulta evidente a partir de la
figura 11, cuando se usa el catalizador de
adsorción-reducción de NOx que sólo lleva platino
Pt, la concentración de NOx es baja cuando se enriquece la relación
aire-combustible del gas de escape. Por otra parte,
cuando se usa el catalizador de adsorción-reducción
de NOx que lleva platino Pt y paladio Pd, la concentración de NOx es
alta cuando se enriquece la relación
aire-combustible del gas de escape.
Es decir, dado que la concentración de oxígeno
del gas de escape disminuye cuando la relación
aire-combustible del gas de escape se enriquece,
esto hace que el NOx se libere del absorbente 47 de NOx. Sin
embargo, si el paladio Pd está soportado sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx, el HC y el CO sin quemar
se oxidan por la gran cantidad de oxígeno almacenado en el paladio
Pd y por tanto el NOx liberado no se reduce por el HC y el CO sin
quemar. Como tal, la concentración de NOx aumenta cuando se soportan
platino Pt y paladio Pd sobre el catalizador de
adsorción-reducción de NOx.
Es decir, en el caso en el que el paladio Pd
está soportado sobre el catalizador de
absorción-reducción de NOx, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape se enriquece para
liberar NOx del absorbente 47 de NOx, una gran cantidad de NOx se
descarga al aire ambiente y por tanto la tasa de eliminación de NOx
disminuye en consecuencia. Sin embargo, incluso cuando se usa un
catalizador de absorción-reducción de NOx que lleva
paladio Pd, si se añade combustible al gas de escape en forma de
gotas de combustible cuando se libera NOx del absorbente 47 de NOx,
puede conseguirse una alta tasa de eliminación de NOx. Por tanto, en
vista de la tasa de eliminación de NOx, se considera que el paladio
Pd funciona eficazmente cuando se añade combustible en forma de
gotas de combustible.
Tal como ya se ha descrito con referencia a la
figura 6A y a la figura 7A, cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre, el NO
y el NO_{2} contenido en el gas de escape, es decir, el NOx
contenido en el gas de escape se absorbe en el absorbente 47 de NOx
del catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx
aguas abajo. Sin embargo, el absorbente 47 de NOx puede absorber NO
y NO_{2} sólo cuando el platino Pt 46 está en un estado activado.
Es decir, si el platino Pt 46 todavía no se ha activado, el
absorbente 47 de NOx no puede absorber el NO y el NO_{2}
suficiente-
mente.
mente.
El platino Pt 46 se activa cuando su temperatura
es aproximadamente de 200ºC o superior. Por tanto, tras la puesta
en marcha del motor, el platino Pt 46 permanece en un estado
inactivo hasta que su temperatura supera aproximadamente 200 grados
C. Obsérvese que la figura 7B muestra un caso en el que el platino
Pt 46 está en un estado inactivo.
En referencia a la figura 7B, dado que el
platino Pt 46 está en un estado inactivo, el NO contenido en el gas
de escape no se oxida para dar NO_{2} sobre la superficie del
platino Pt 46. Por tanto, el NO simplemente pasa sin ser absorbido
en el absorbente 47 de NOx. Por otra parte, tal como se mencionó
anteriormente, la capacidad de oxidación del paladio Pd 48 es
inferior a la del platino Pt 46. Por tanto, en un estado en el que
el platino Pt 46 no puede ejercer su efecto de oxidación
adecuadamente, el paladio Pd 48 no puede ejercer en absoluto su
efecto de oxidación. Por tanto, cuando el platino Pt 46 está en un
estado inactivo, el NO no se oxida para dar NO_{2} sobre la
superficie del paladio Pd 48, y por tanto el NO simplemente pasa sin
ser absorbido en el absorbente 47 de NOx.
Por otra parte, tal como se mencionó
anteriormente, la capacidad para atrapar oxígeno del paladio Pd 48
es mayor que la del platino Pt 46, y por tanto la capacidad para
atrapar oxígeno del paladio Pd 48 es alta incluso cuando el platino
Pt 46 está en un estado inactivo. Por tanto, tal como se muestra en
la figura 7B, el NO_{2} contenido en el gas de escape se ve
privado de oxígeno sobre la superficie del paladio Pd 48 y así se
convierte en NO. Este NO se descarga al exterior sin ser absorbido
por el absorbente 47 de NOx.
Es decir, tal como se mencionó anteriormente, el
NO_{2} contenido en el gas de escape se absorbe directamente en
el absorbente 47 de NOx. Sin embargo, en presencia del paladio Pd
48, tal como se muestra en la figura 7B, el NO_{2} contenido en
el gas de escape se convierte en NO, y por tanto la cantidad de NOx
que ha de absorberse en el absorbente 47 de NOx disminuye. La
figura 12 ilustra el resultado de un estudio sobre la forma en que
cambia la cantidad de NOx adsorbido cuando el platino Pt 46 está en
el estado inactivo, es decir, cuando el platino Pt 46 está a baja
temperatura. En referencia a la figura 12, cuanto menor sea la razón
molar del platino, es decir, cuanto mayor sea la relación del
número molar del paladio Pd 48, menor será la cantidad de NOx
adsorbido en el absorbente 47 de NOx.
En vista de esto, en la invención, la razón
molar del platino para el catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba se hace
superior a la del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
Específicamente, en las realizaciones a modo de ejemplo ilustradas
en la figura 1 a la figura 3, la razón molar del platino para el
catalizador 12 de adsorción-reducción de NOx aguas
arriba, que se proporciona en el lado aguas arriba tal como se
muestra en la figura 5, es del 100%.
Por tanto, el NO_{2} contenido en el gas de
escape se adsorbe eficazmente en el catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba hasta que
el platino Pt 46 se activa, es decir, hasta que se completa el
calentamiento del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo, tras una
puesta en marcha del motor. Como tal, mejora la tasa de eliminación
de NOx durante el periodo de tiempo desde la puesta en marcha del
motor hasta que finaliza la activación del platino Pt 46. Una vez
activado el platino Pt 46, el catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba y el
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo empezarán enseguida a adsorber NOx eficazmente.
Una vez añadido desde la válvula 14 de adición
de combustible, el combustible se adhiere al catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba y al
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo. Sin embargo, el combustible que se adhiere al catalizador 12
de adsorción-reducción de NOx aguas arriba no se
vaporiza de manera tan eficaz como el combustible que se adhiere al
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo. Por tanto, el efecto de liberación de NOx del catalizador 13
de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es
insuficiente en comparación con el del catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba. Sin
embargo, puesto que el catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba se usa
principalmente para adsorber NOx durante el periodo desde la puesta
en marcha del motor hasta que se completa el calentamiento del
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo, siempre que el catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba pueda
absorber eficazmente NOx durante este periodo, incluso aunque el
efecto de liberación de NOx del catalizador 12 de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba sea
insuficiente en comparación con el del catalizador 13 de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo tal como se
mencionó anteriormente, no causa ningún problema significativo.
A continuación se describirá el control de
liberación de NOx con referencia a la figura 13. La figura 13
muestra la variación de la cantidad de NOx adsorbido en los
catalizadores 12, 13 de adsorción-reducción de NOx,
que se indica como "\SigmaNOX", y los tiempos en los que se
enriquece la relación aire-combustible del gas de
escape añadiendo combustible, lo que se indica como "A/F". La
cantidad de NOx descargada desde el motor por unidad de tiempo
cambia dependiendo del estado operativo del motor, y por tanto la
cantidad de NOx que se adsorbe nuevamente a los catalizadores 12,
13 de adsorción-reducción de NOx por unidad de
tiempo también cambia dependiendo del estado operativo del motor.
En esta realización a modo de ejemplo, una cantidad de NOx, NOXA,
que representa la cantidad de NOx que se adsorbe nuevamente a los
catalizadores 12, 13 de adsorción-reducción de NOx
por unidad de tiempo se define como una función de un par TQ
requerido y una velocidad N del motor y se almacena en la ROM 32 en
forma de un mapa mostrado en la figura 14. La cantidad de NOx
\SigmaNOX que representa la cantidad de NOx que se adsorbe
actualmente en el catalizador 12, 13 de
adsorción-reducción de NOx puede calcularse
acumulando los valores de la cantidad de NOx, NOXA.
"MAX" en la figura 13 representa la
cantidad máxima de NOx que puede adsorberse en los catalizadores 12,
13 de adsorción-reducción de NOx, y "NX"
representa el valor admisible de la cantidad de NOx que puede
adsorberse en los catalizadores 12, 13 de
adsorción-reducción de NOx. Por tanto, tal como se
muestra en la figura 13, cuando la cantidad de NOx \SigmaNOX
alcanza el valor admisible NX, la relación
aire-combustible A/F del gas de escape que entra en
los catalizadores 12, 13 de adsorción-reducción de
NOx se enriquece temporalmente, de modo que se libera NOx de los
catalizadores 12, 13 de adsorción-reducción de
NOx.
Por otra parte, en el ejemplo ilustrado en la
figura 3, la materia en partículas contenida en el gas de escape es
atrapada por el filtro 13a de partículas sobre el que se soporta el
catalizador 13 de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo y después se oxida gradualmente. Sin embargo, si la tasa a la
que el filtro 13a de partículas atrapa la materia en partículas es
superior a la tasa a la que la materia en partículas se oxida en el
filtro 13a de partículas, la materia en partículas se va acumulando
gradualmente sobre el filtro 13a de partículas. Tal aumento en la
cantidad de materia en partículas que se acumula sobre el filtro 13a
de partículas provoca una disminución en el rendimiento del motor.
Para evitar esto, cuando la materia en partículas que se acumula ha
aumentado, la materia en partículas que se acumula tiene que
eliminarse. En este momento, por ejemplo, el filtro 13a de
partículas se calienta hasta aproximadamente 600ºC mientras se
aumenta la cantidad de aire hasta un nivel excesivo, de modo que la
materia en partículas que se acumula se oxida y por tanto se
elimina.
Más específicamente, en el ejemplo ilustrado en
la figura 3, cuando la cantidad de la materia en partículas que se
acumula sobre el filtro 13a de partículas supera la cantidad
admisible, la temperatura del filtro 13a de partículas se aumenta
mientras la relación aire-combustible del gas de
escape se mantiene pobre, de modo que la materia en partículas que
se acumula se oxida y por tanto se elimina. Es decir, cuando una
presión diferencial \DeltaP a través del filtro 13a de partículas
detectada por el sensor 21 de presión diferencial supera un valor
admisible PX, se determina que la cantidad de la materia en
partículas que se acumula ha superado la cantidad admisible. En
este momento, se ejecuta un control de calentamiento en el que se
añade combustible desde la válvula 14 de inyección de combustible
mientras el gas de escape que entra en el filtro 13a de partículas
se mantiene pobre, de modo que el calor de reacción generado a
través de la oxidación del combustible añadido aumenta la
temperatura del filtro 13a de partículas.
La figura 15 muestra una rutina de purificación
de gas de escape adecuada para el ejemplo ilustrado en la figura 3.
En primer lugar, en la etapa 100, la cantidad de NOx, NOXA, que
representa la cantidad de NOx que se adsorbe nuevamente al
catalizador 12, 13 de adsorción-reducción de NOx por
unidad de tiempo, se calcula en primer lugar a partir del mapa
mostrado en la figura 14. Después, en la etapa 101, la cantidad de
NOx, NOXA, calculada se suma a la cantidad de NOx, \SigmaNOX, que
representa la cantidad de NOx que se adsorbe actualmente en el
catalizador 12, 13 de adsorción-reducción de NOx.
Entonces, en la etapa 102, se determina si la cantidad de NOx,
\SigmaNOX, ha superado el valor admisible NX. Si es válido que
\SigmaNOX > NX, el control pasa a la etapa 103 en la que se
ejecuta un proceso para añadir combustible desde la válvula 14 de
adición de combustible. Entonces, en la etapa 104, se detecta la
presión diferencial \DeltaP a través del filtro 13a de
partículas. Entonces, en la etapa 105, se determina si la presión
diferencial \DeltaP ha superado el valor admisible PX. Si es
válido que \DeltaP > PX, el control pasa a la etapa 106 en la
que se realiza el control de calentamiento anteriormente descrito
para el filtro 13a de partículas.
Claims (5)
1. Aparato de purificación de gas de escape para
un motor de combustión interna que presenta: un dispositivo (14) de
adición de combustible que se proporciona en un conducto de gas de
escape del motor de combustión interna y añade combustible al
conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible; y
un catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de
NOx que se proporciona aguas abajo del dispositivo (14) de adición
de combustible en el conducto de gas de escape y adsorbe NOx
contenido en el gas de escape que entra en el catalizador (12, 13)
de adsorción-reducción de NOx cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es pobre y libera
el NOx adsorbido cuando la relación
aire-combustible del gas de escape es rica, en el
que cuando la relación aire-combustible del gas de
escape que entra en el catalizador (12, 13) de
adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse
con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador (12, 13) de
adsorción-reducción de NOx, se añade combustible
desde el dispositivo (14) de adición de combustible de tal manera
que el combustible añadido se adhiere al catalizador (12, 13) de
adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de
combustible, con lo cual el catalizador (12, 13) de
adsorción-reducción de NOx está constituido por una
pluralidad de catalizadores (12, 13) de
adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie,
incluyendo un catalizador (12) de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba sobre el
que se soportan platino Pt y, opcionalmente, paladio Pd, y un
catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx
aguas abajo que está dispuesto aguas abajo del catalizador (12) de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba y sobre el
que se soportan platino Pt y paladio Pd;
estando el aparato de purificación de gas de
escape caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto
a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd
soportados sobre el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde
aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%; y
la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador (12) de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba con
respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el
paladio Pd soportados sobre el catalizador (12) de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba es mayor que
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el
catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas
abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt
y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
2. Aparato de purificación de gas de escape
según la reivindicación 1, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde
aproximadamente el 58% hasta aproximadamente el 75%.
3. Aparato de purificación de gas de escape
según la reivindicación 2, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo es de
aproximadamente el 66%.
4. Aparato de purificación de gas de escape
según reivindicación 1, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt
soportado sobre el catalizador (12) de
adsorción-reducción de NOx aguas arriba es del
100%.
5. Aparato de purificación de gas de escape
según la reivindicación 1, caracterizado porque:
el catalizador (13) de
adsorción-reducción de NOx aguas abajo está
soportado sobre un filtro (13a) de partículas.
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