ES2558770T3 - Purificador de emisión de escape de un motor de combustión interna - Google Patents

Purificador de emisión de escape de un motor de combustión interna Download PDF

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Abstract

Sistema de purificación de escape para un motor de combustión interna que está dotado de un catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX que está dispuesto en un conducto (12) de escape de motor, almacena NOX que están contenidos en el gas de escape cuando la relación airecombustible del gas de escape de flujo de entrada es pobre, y libera los NOX almacenados cuando la relación aire-combustible del gas de escape de flujo de entrada se convierte en la relación aire-combustible estequiométrica o rica, un catalizador (17) de oxidación que está dispuesto aguas abajo del catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX en el conducto (12) de escape de motor, estando el sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna caracterizado porque comprende además: un depósito (51) de gas de escape que está conectado al conducto (12) de escape de motor entre el catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX y el catalizador (17) de oxidación, un dispositivo (52) de cambio de trayectoria de flujo que cierra el conducto (12) de escape de motor desde el catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX hacia el catalizador (17) de oxidación y hace que fluya el gas de escape hacia el depósito (51), y una unidad (30) de control electrónico que está configurada de manera que cuando se hace que la relación aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX sea la relación aire-combustible estequiométrica o rica, cierra el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidación y cambia la trayectoria de flujo de modo que el gas de escape fluye hacia el depósito (51) y al menos parte del gas de escape con relación aire-combustible estequiométrica o relación aire-combustible rica que fluye fuera del catalizador (16) de almacenamiento y reducción de NOX se almacena en el depósito (51).

Description

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PURIFICADOR DE EMISION DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
DESCRIPCION
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna. Antecedentes de la tecnica
El gas de escape de motor diesel u otro motor de combustion interna, por ejemplo, contiene monoxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) sin quemar, materia particulada (MP), y tambien oxidos de nitrogeno (NOx). Como metodo para eliminar los oxidos de nitrogeno, se sabe como disponer un sistema de purificacion de escape para reducir los NOx en un conducto de escape de motor.
El sistema para reducir los NOx incluye un catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx que almacena temporalmente los NOx. El catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx almacena los NOxcuando la relacion aire-combustible del gas de escape es grande, es decir, cuando la relacion aire-combustible del gas de escape es pobre. En oposicion a esto, cuando la relacion aire-combustible del gas de escape es pequena, es decir, cuando la relacion aire-combustible del gas de escape es la relacion aire-combustible estequiometrica o es rica, libera los NOx almacenados y usa un agente reductor que esta contenido en el gas de escape para reducir y eliminar los NOx.
El catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx acumula gradualmente NOx si se continua su uso. Ademas, cuando el gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx contiene SOx, se almacenan los SOx. Si el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx acumula una gran cantidad de NOx o SOx, disminuye su capacidad para eliminar NOx del gas de escape. Por este motivo, el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx se regenera haciendo que libere los NOx o SOx. Cuando se regenera haciendo que libere los nOx, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica. Cuando se regenera haciendo que libere los SOx, se hace que la temperatura del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la temperatura que permite la liberacion de SOx o mas, entonces se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica.
La publicacion de patente japonesa n.° 2004-92431 A da a conocer un sistema de purificacion de gas de escape que tiene un conducto de escape que tiene un primer conducto de escape parcial y un segundo conducto de escape parcial y que tiene que los conductos de intercambio parcial que convergen en un conducto de escape comun en el lado aguas abajo, agentes de almacenamiento de NOx que estan dispuestos en cada conducto de escape parcial, y un catalizador de oxidacion que esta dispuesto en el conducto de escape comun. En este sistema de purificacion de gas de escape, cuando se realiza un control para la desorcion de azufre en el agente de almacenamiento de NOx, la relacion aire-combustible del gas de escape en cada conducto de escape parcial se controla de modo que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye a traves del catalizador de oxidacion se empobrece ligeramente. En este sistema de purificacion de gas de escape, se da a conocer que puede realizarse eficazmente el control para la desorcion de azufre de los medios de almacenamiento de NOx y que puede impedirse que se libere H2S al exterior.
La publicacion de patente japonesa n.° 2007-162499 A da a conocer otro dispositivo de control de emisiones de escape para un motor de combustion interna que esta dotado de un catalizador previsto en un conducto de gas de escape del motor de combustion interna y que tiene una funcion de oxidacion, medios de suministro de aire secundario que suministran aire secundario al conducto de gas de escape aguas arriba del catalizador que tiene una funcion de oxidacion y medios de deteccion de fluctuacion de relacion aire-combustible que detectan la fluctuacion de la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador que tiene una funcion de oxidacion. Se ajusta la cantidad de aire secundario suministrada por los medios de suministro de aire secundario segun la fluctuacion de la relacion aire-combustible detectada por los medios de deteccion de fluctuacion de relacion aire- combustible.
Lista de citas
Bibliografia de patentes
PLT 1: La publicacion de patente japonesa n.° 2004-92431 A PLT 2: La publicacion de patente japonesa n.° 2007-162499 A Sumario de la invencion Problema tecnico
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Cuando se regenera el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire- combustible estequiometrica o rica. Por ejemplo, se inyecta combustible sin quemar en el conducto de escape de motor de modo que se haga que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica.
El gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx contiene CO (monoxido de carbono), HC (combustible sin quemar), H2S (sulfuro de hidrogeno), NH3 (amoniaco), y otras sustancias. Estas sustancias pueden eliminarse mediante oxidacion. Para oxidar el H2S u otra sustancia que va a oxidarse que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, es posible disponer un catalizador de oxidacion aguas abajo del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx en el conducto de escape de motor. Cuando el gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx contiene una gran cantidad de oxfgeno, el catalizador de oxidacion puede usarse para una oxidacion eficaz.
A este respecto, cuando se regenera un catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica. La cantidad de oxfgeno que esta contenida en el gas de escape se vuelve insuficiente en comparacion con la cantidad requerida para la oxidacion de la sustancia que va a oxidarse. Por este motivo, existfa el problema de que la reaccion de oxidacion de la sustancia que va a oxidarse en el catalizador de oxidacion se vuelve insuficiente y la sustancia pasa directamente a traves del catalizador de oxidacion para liberarse en la atmosfera.
El sistema dado a conocer en la publicacion de patente japonesa n.° 2004-92431 A anterior formaba dos conductos de escape de motor en paralelo y ademas requena que cada conducto tuviese un catalizador de almacenamiento de NOx, sistema de adicion de combustible y valvulas de compuerta dispuestos en el mismo, de modo que la configuracion se volvio complicada.
Solucion al problema
La presente invencion tiene como objeto la provision de un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna que impide que una sustancia que va a oxidarse que esta contenida en el gas de escape se libere a la atmosfera.
Un primer sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna de la presente invencion segun la reivindicacion 1 esta dotado de un catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx que esta dispuesto en un conducto de escape de motor, almacena NOx que estan contenidos en el gas de escape cuando la relacion aire- combustible del gas de escape de flujo de entrada es pobre, y libera los NOx almacenados cuando la relacion aire- combustible del gas de escape de flujo de entrada se convierte en la relacion aire-combustible estequiometrica o rica, un catalizador de oxidacion que esta dispuesto aguas abajo del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx en el conducto de escape de motor, un deposito de gas de escape que esta conectado al conducto de escape de motor entre el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx y el catalizador de oxidacion, y un dispositivo de cambio de trayectoria de flujo que cierra el conducto de escape de motor desde el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx hacia el catalizador de oxidacion y hace que fluya el gas de escape hacia el deposito. Cuando se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica, se cierra el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion y la trayectoria de flujo se cambia de modo que el gas de escape fluye hacia el deposito y al menos parte del gas de escape con relacion aire-combustible estequiometrica o relacion aire- combustible rica que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx se almacena en el deposito.
En la invencion anterior, es preferible cambiar la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx del estado de relacion aire-combustible estequiometrica o rica al estado pobre, y abrir el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion de modo que se mezcle el gas de escape que se almaceno en el deposito y el gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx a la vez que se alimenta el gas de escape al catalizador de oxidacion.
En la invencion anterior, se prefiere que el deposito se forme para que se extienda a lo largo del conducto de escape de motor y que el catalizador de oxidacion se disponga en el interior del deposito.
En la invencion anterior, se prefiere que el sistema este dotado de un dispositivo de deteccion de presion que detecta la presion en el interior del deposito, el sistema este formado para que realice un control para repetir un periodo en el que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx es la relacion aire-combustible estequiometrica o rica y un periodo en el que la relacion aire- combustible es pobre, que el sistema este formado de modo que cuando el dispositivo de cambio de trayectoria de flujo abre el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion, es posible ajustar la velocidad de flujo del gas de escape que fluye hacia el catalizador de oxidacion, el sistema estime una velocidad de disminucion de
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presion en el deposito en el periodo de tiempo en el que se abra el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion y use la velocidad de disminucion de presion estimada y un periodo de tiempo predeterminado para mantener pobre la relacion aire-combustible del gas de escape como base para ajustar la velocidad de flujo del gas de escape que fluye hacia el catalizador de oxidacion de modo que la presion del deposito disminuye hasta la presion antes del almacenamiento del gas de escape antes del tiempo del final del periodo de tiempo para mantener pobre la relacion aire-combustible del gas de escape.
En la invencion anterior, se prefiere que el sistema comprenda un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna que hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica cuando debe detenerse el cuerpo de motor, y que cierra el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion cuando el gas de escape con relacion aire-combustible estequiometrica o rica fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx y detiene el cuerpo de motor en el estado con el conducto de escape de motor cerrado y abre la trayectoria de flujo hacia el catalizador de oxidacion cuando vuelve a arrancarse el cuerpo de motor.
Efectos ventajosos de la invencion
Segun la presente invencion, es posible proporciona un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna que puede impedir que una sustancia que va a oxidarse en el gas de escape se libere a la atmosfera.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista esquematica de un motor de combustion interna en una primera realizacion.
La figura 2 es una vista en seccion transversal esquematica de un catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx.
La figura 3 es un diagrama de tiempo del primer control operativo en la primera realizacion.
La figura 4 es una primera vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito cuando se realiza el primer control operativo en la primera realizacion.
La figura 5 es una segunda vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito cuando se realiza el primer control operativo en la primera realizacion.
La figura 6 es un diagrama de tiempo del segundo control operativo en la primera realizacion.
La figura 7 es un diagrama de tiempo del tercer control operativo en la primera realizacion.
La figura 8 es una vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito cuando se realiza el tercer control operativo en la primera realizacion.
La figura 9 es un patron de inyeccion en una camara de combustion en el tiempo de funcionamiento normal.
La figura 10 es un patron de inyeccion en una camara de combustion en el momento de alimentacion de combustible sin quemar a un conducto de escape de motor.
La figura 11 es una vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito de otro sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna en la primera realizacion.
La figura 12 es una vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito cuando se realiza el primer control operativo en la segunda realizacion.
La figura 13 es un diagrama de tiempo del segundo control operativo en una segunda realizacion.
La figura 14 es un diagrama de tiempo del primer control operativo en una tercera realizacion.
La figura 15 es un diagrama de tiempo del segundo control operativo en una tercera realizacion.
Descripcion de realizaciones Primera realizacion
Haciendo referencia a de la figura 1 a la figura 11, se explicara un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna segun una primera realizacion.
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La figura 1 muestra una vision general de un motor de combustion interna en la presente realizacion. En la presente realizacion, se usara un tipo de ignicion por compresion de motor diesel como ejemplo para la explicacion. El motor de combustion interna esta dotado de un cuerpo 1 de motor. El cuerpo 1 de motor incluye camaras 2 de combustion de los cilindros, inyectores 3 de combustible controlados electronicamente para inyectar combustible en las camaras 2 de combustion, un colector 4 de admision y un colector 5 de escape.
El motor de combustion interna en la presente realizacion esta dotado de un sobrealimentador constituido por un turboalimentador 7 de escape. El colector 4 de admision esta conectado a traves de un canal 6 de admision a una salida de un compresor 7a del turboalimentador 7 de escape. La entrada del compresor 7a esta conectada a traves de un detector 8 de aire de admision a un depurador 9 de aire. En el interior del canal 6 de admision que forma parte del conducto de admision de motor, esta dispuesta una valvula 10 reguladora que se acciona por un motor paso a paso. Ademas, en el canal 6 de admision, esta dispuesto un dispositivo 11 de enfriamiento para enfriar el aire de admision que fluye a traves del interior del canal 6 de admision. En la realizacion mostrada en la figura 1, se grna agua de enfriamiento de motor al dispositivo 11 de enfriamiento en el que se usa entonces el agua de enfriamiento de motor para enfriar el aire de admision.
Por otra parte, el colector 5 de escape esta conectado a una entrada de la turbina 7b del turboalimentador 7 de escape. La salida de la turbina 7b de escape esta conectada a traves del tubo 12 de escape a un catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx (NSR). Aguas abajo del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx en el conducto de escape de motor, esta dispuesto un catalizador 17 de oxidacion. El catalizador 17 de oxidacion esta conectado a traves del tubo 12 de escape al catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx.
Aguas arriba del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx en el tubo 12 de escape, como dispositivo de alimentacion de combustible para alimentar combustible sin quemar al interior del tubo 12 de escape, esta dispuesta una valvula 15 de adicion de combustible. La valvula 15 de adicion de combustible esta formada para que tenga una accion de alimentacion de combustible mediante la que alimenta o detiene la alimentacion de combustible. El sistema de purificacion de escape en la presente realizacion esta formado de modo que el combustible del cuerpo 1 de motor se inyecta desde la valvula 15 de adicion de combustible. El combustible que se inyecta desde la valvula 15 de adicion de combustible no se limita a esto. El sistema tambien puede estar formado de modo que inyecte combustible diferente del combustible del cuerpo 1 de motor. El gas de escape, tal como se muestra mediante la flecha 100, fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx.
Entre el colector 5 de escape y el colector 4 de admision, esta dispuesto un conducto 18 de recirculacion de gas de escape (EGR) para EGR. En el interior del conducto 18 de EGR, esta dispuesta una valvula 19 de control de EGR controlada electronicamente. Ademas, en el interior del conducto 18 de EGR, esta dispuesto un dispositivo 20 de enfriamiento para enfriar el gas de EGR que fluye a traves del interior del conducto 18 de EGR. En la realizacion mostrada en la figura 1, se grna el agua de enfriamiento de motor al dispositivo 20 de enfriamiento en el que se usa el agua de enfriamiento de motor para enfriar el gas de EGR.
Los inyectores 3 de combustible estan conectados a traves de tubos 21 de alimentacion de combustible a un conducto 22 comun. Este conducto 22 comun esta conectado a traves de una bomba 23 de combustible de descarga variable controlada electronicamente a un deposito 24 de combustible. El combustible que se almacena en el deposito 24 de combustible se alimenta por la bomba 23 de combustible al interior del conducto 22 comun. El combustible que se alimenta al conducto 22 comun se alimenta a traves de los tubos 21 de alimentacion de combustible a los inyectores 3 de combustible.
La unidad 30 de control electronico se compone de un ordenador digital. El sistema de control del motor de combustion interna en la presente realizacion incluye la unidad 30 de control electronico. La unidad 30 de control electronico esta dotada de componentes conectados entre sf a traves de un bus 31 bidireccional tal como una ROM (memoria de solo lectura) 32, RAM (memoria de acceso aleatorio) 33, CPU (microprocesador) 34, puerto 35 de entrada y puerto 36 de salida. La ROM 32 es un dispositivo de almacenamiento exclusivamente para un uso de lectura y almacena por adelantado los mapas y otra informacion necesaria para realizar el control. La CPU 34 puede realizar cualquier computacion o evaluacion. La RAM 33 es un dispositivo de almacenamiento escribible y puede almacenar el historial de operaciones u otra informacion o almacenar temporalmente los resultados de procesamiento.
En el conducto de escape de motor aguas abajo del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx, esta dispuesto un sensor 26 de temperatura para detectar la temperatura del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx. Ademas, aguas abajo del catalizador 17 de oxidacion, esta dispuesto un sensor 27 de temperatura para detectar la temperatura del catalizador 17 de oxidacion. Las senales de salida de los sensores 26 y 27 de temperatura se introducen a traves de convertidores 37 AD correspondientes en el puerto 35 de entrada.
El pedal 40 de acelerador tiene conectado al mismo un sensor 41 de carga que genera una tension de salida proporcional a la cantidad de depresion L del pedal 40 de acelerador. La tension de salida del sensor 41 de carga se introduce a traves del convertidor 37 AD correspondiente en el puerto 35 de entrada. Ademas, el puerto 35 de
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entrada tiene conectado al mismo un sensor 42 de angulo de ciguenal que genera un impulso de salida cada vez que un ciguenal, por ejemplo, rota 15°. La salida del sensor 42 de angulo de ciguenal puede usarse para detectar la velocidad del cuerpo 1 de motor.
Por otra parte, el puerto 36 de salida esta conectado a traves de circuitos 38 de accionamiento correspondientes a los inyectores 3 de combustible, un motor paso a paso para accionar la valvula 10 reguladora, la valvula 19 de control de EGR, y la bomba 23 de combustible. Ademas, el puerto 36 de salida esta conectado a traves de un circuito 38 de accionamiento correspondiente a la valvula l5 de adicion de combustible. Estos dispositivos se controlan por la unidad 30 de control electronico.
El sistema de purificacion de escape de la presente realizacion esta dotado de una valvula 52 de cambio que puede cerrar el conducto de escape de motor. La valvula 52 de cambio esta dispuesta en el interior del conducto de escape de motor. La valvula 52 de cambio esta dispuesta entre el catalizador l6 de almacenamiento y reduccion de NOx y el catalizador 17 de oxidacion. La valvula 52 de cambio en la presente realizacion es una valvula de mariposa. La valvula 52 de cambio esta dotada de un elemento en forma de placa que pivota alrededor de un arbol. El elemento en forma de placa tiene una “area superficial mayor” en la que el area se vuelve la mayor. La valvula 52 de cambio llega a abrirse totalmente cuando el area superficial mayor del elemento en forma de placa se vuelve sustancialmente paralela a la direccion del flujo del gas de escape mostrada en la flecha 100. La valvula 52 de cambio llega a cerrarse totalmente cuando el area superficial mayor del elemento en forma de placa se vuelve sustancialmente vertical a la direccion del flujo del gas de escape. La valvula 52 de cambio esta conectada a traves del circuito 38 de accionamiento correspondiente al puerto 36 de salida de la unidad 30 de control electronico. La valvula 52 de cambio se controla por la unidad 30 de control electronico.
El sistema de purificacion de escape de la presente realizacion esta dotado de un deposito 51 que esta conectado al conducto de escape de motor entre el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx y el catalizador 17 de oxidacion. El deposito 51 es un deposito de escape que almacena temporalmente el gas de escape. El deposito 51 en la presente realizacion esta formado para que se extienda a lo largo del tubo 12 de escape. El deposito 51 esta formado para que cubra parte del tubo 12 de escape. El deposito 51 tiene preferiblemente un volumen que puede almacenar suficientemente el gas de escape. Por ejemplo, el deposito 51 tiene preferiblemente un volumen de al menos varias veces el volumen del tubo 12 de escape que esta dispuesto en el interior del deposito 51.
En el tubo 12 de escape, esta formado un puerto 61 de conexion. El puerto 61 de conexion en la presente realizacion esta formado en el lado aguas arriba de la valvula 52 de cambio. El puerto 61 de conexion se usa para conectar el tubo 12 de escape y el deposito 51. Es decir, el punto de conexion del conducto de escape de motor y el deposito esta dispuesto en el lado aguas arriba de la valvula 52 de cambio.
El sistema de purificacion de escape de la presente realizacion incluye un sensor 55 de presion como dispositivo de deteccion de presion que detecta la presion del interior del deposito 51. El sensor 55 de presion en la presente realizacion esta dispuesto en una superficie de pared del deposito 51. La salida de los sensores 55 de presion se introduce en un puerto 35 de entrada de la unidad 30 de control electronico.
En la presente realizacion, la valvula 52 de cambio funciona como dispositivo de cambio de trayectoria de flujo que corta el conducto de escape de motor hacia el catalizador 17 de oxidacion y cambia la trayectoria de flujo de modo que el gas de escape fluye hacia el deposito. Al cerrar la valvula 52 de cambio, se corta la trayectoria de flujo hacia el catalizador 17 de oxidacion. El gas de escape fluye a traves del puerto 61 de conexion al deposito 51. El deposito 51 puede almacenar gas de escape a la vez que se eleva la presion interna. Al abrir la valvula 52 de cambio, el gas de escape fluye a traves del tubo 12 de escape hacia el catalizador 17 de oxidacion.
El deposito que almacena el gas de escape no se limita a la realizacion anterior. Solo es necesario que se forme de modo que pueda almacenar temporalmente gas de escape. Por ejemplo, tambien es posible disponer un deposito en una parte alejada del tubo 12 de escape y conectar el tubo de escape y el deposito mediante un tubo de conexion. Ademas, el dispositivo de cambio de trayectoria de flujo no se limita a una valvula de cambio. Es posible emplear cualquier dispositivo que corte el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion y haga que fluya el gas de escape hacia el deposito.
La figura 2 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada de un catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. El catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx es un catalizador que almacena temporalmente los NOx que estan contenidos en el gas de escape que se escapan del cuerpo 1 de motor y convierte los almacenados NOx en N2 cuando lo libera.
El catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se compone de un sustrato sobre el que se porta, por ejemplo, un soporte 45 de catalizador compuesto por alumina. Sobre la superficie del soporte 45 de catalizador, se porta disperso un catalizador 46 de metal precioso. Sobre la superficie del soporte 45 de catalizador, esta formada una capa de un absorbente 47 de NOx. Como catalizador 46 de metal precioso, por ejemplo, se usa platino Pt. Como componente que forma el absorbente 47 de NOx, por ejemplo, puede usarse al menos un componente seleccionado de potasio K, sodio Na, cesio Cs, u otro metal alcalino, bario Ba, calcio Ca, u otro metal alcalino,
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lantano La, itrio Y, u otra tierra rara.
Si se hace referencia a la relacion de aire y combustible (hidrocarburos) que se alimentan al conducto de admision de motor, camaras de combustion o el conducto de escape de motor como “la relacion aire-combustible del gas de escape (A/F), cuando la relacion aire-combustible del gas de escape es pobre (cuando es mayor que la relacion aire- combustible estequiometrica), el NO que esta contenido en el gas de escape se oxida sobre el catalizador 46 de metal precioso y se convierte en NO2. El NO2 se almacena en forma de iones nitrato NO3' en el absorbente 47 de NOx.
En oposicion a esto, en el momento de una relacion aire-combustible rica del gas de escape (cuando es menor que la relacion aire-combustible estequiometrica) o la relacion aire-combustible estequiometrica, la concentracion de oxfgeno en el gas de escape disminuye, de modo que avanza la reaccion en el sentido opuesto (NO3" ^ NO2). Los iones nitrato NO3" en el interior del absorbente 47 de NOx se liberan en forma de NO2 desde el absorbente 47 de NOx. Los NOx liberados se reducen a N2 por los hidrocarburos sin quemar o monoxido de carbono etc. que estan contenidos en el gas de escape.
En la presente realizacion, se estima la cantidad de almacenamiento de NOx que se almacena en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. Por ejemplo, se almacena un mapa de la cantidad de NOx, NOXA por tiempo unitario basado en la velocidad de motor N y la cantidad de inyeccion de combustible Q como funciones, en la ROM 32 de la unidad 30 de control electronico. Sumando de manera acumulada la cantidad de almacenamiento de NOx por tiempo unitario que se calcula segun el estado operativo, es posible calcular la cantidad de almacenamiento de NOx en cualquier momento.
El catalizador 17 de oxidacion es un catalizador que tiene una capacidad de oxidacion. El catalizador 17 de oxidacion esta dotado, por ejemplo, de un sustrato que tiene paredes de division que se extienden en la direccion del flujo del gas de escape. El sustrato esta formado, por ejemplo, en una estructura de panal de abejas. El sustrato esta alojado, por ejemplo, en una carcasa de forma tubular. Sobre la superficie del sustrato, por ejemplo, esta formada una capa de soporte de catalizador constituida por una capa de recubrimiento, mediante polvo de oxido poroso. La capa de recubrimiento porta un metal catalizador que esta formado por platino (Pt), rodio (Rd), paladio (Pd), u otro de tales metales preciosos. El catalizador de oxidacion no se limita a esto. Es posible emplear cualquier dispositivo de tratamiento de escape que tenga una capacidad oxidante. Por ejemplo, es posible disponer un catalizador sobre el que se porta un metal precioso que tiene una capacidad oxidante como catalizador de oxidacion.
La figura 3 muestra un diagrama de tiempo del primer control operativo en la presente realizacion. En el primer control operativo, se realiza un control para regenerar el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx haciendo que libere los NOx. En la presente realizacion, se alimenta combustible sin quemar, desde la valvula 15 de adicion de combustible que esta dispuesta en el tubo 12 de escape, al interior del conducto de escape de motor de modo que se haga que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica.
Hasta el tiempo t1, se realiza un funcionamiento normal. Hasta el tiempo t1, la valvula 52 de cambio que esta dispuesta en el conducto de escape de motor esta en un estado totalmente abierto. En el tiempo t1, la cantidad de almacenamiento de NOx en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx alcanza el valor admisible. En el primer control operativo, desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2, se alimenta combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. En la presente realizacion, en el periodo de tiempo desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2, se inyecta combustible de manera consecutiva varias veces desde la valvula de adicion de combustible. La relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se enriquece. En el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx, se liberan los NOxy se reducen a N2.
En el primer control operativo, en el periodo de tiempo desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2, la valvula 52 de cambio esta en el estado totalmente cerrado. Al hacer que la valvula 52 de cambio este en el estado totalmente cerrado, se cierra el conducto de escape de motor hacia el catalizador 17 de oxidacion.
La figura 4 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada del tubo de escape y el deposito cuando se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica, y se cierra la valvula de cambio en el primer control operativo. Al cerrar la valvula 52 de cambio, el conducto de escape de motor hacia el catalizador 17 de oxidacion se cierra. El gas de escape, tal como se muestra mediante la flecha 101, fluye a traves del puerto 61 de conexion que esta formado en el tubo 12 de escape y fluye hacia el deposito 51. El gas de escape con relacion aire-combustible rica, que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, se almacena en el deposito 51.
Haciendo referencia a la figura 3, en el tiempo t1, se cierra la valvula 52 de cambio, mediante lo cual se eleva la presion del deposito 51. En el tiempo t2, se detiene la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. Al detenerse la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible, se empobrece la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx. En el tiempo t2, se empobrece la relacion aire-combustible del gas de escape y la valvula 52 de
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cambio se abre totalmente.
La figura 5 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada del tubo de escape y el deposito cuando se cambia la valvula de cambio del estado cerrado al estado abierto en el primer control operativo. En el interior del deposito 51, se almacena gas de escape con relacion aire-combustible rica. El gas de escape que se almacena en el interior del deposito 51, tal como se muestra mediante la flecha 103, pasa a traves del puerto 6l de conexion y fluye al interior del tubo 12 de escape. El gas de escape con relacion aire-combustible pobre fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx, tal como se muestra mediante la flecha 102.
El gas de escape con relacion aire-combustible rica que se almaceno en el deposito 51 y el gas de escape con relacion aire-combustible pobre que fluyo fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx confluyen. El gas de escape del deposito 51 se mezcla con el gas de escape pobre que fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx y se convierte en gas de escape que contiene una gran cantidad de oxfgeno. En la presente realizacion, la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 17 de oxidacion es pobre.
El gas de escape que se dirige al catalizador 17 de oxidacion esta en un estado de oxfgeno en exceso. Por este motivo, en el catalizador 17 de oxidacion, la sustancia que va a oxidarse puede oxidarse bien. Por ejemplo, el HC, CO, H2S, NH3, etc. que estan contenidos en el gas de escape pueden eliminarse mediante oxidacion. Estas sustancias pueden convertirse, por ejemplo, en CO2, H2O o SO2, etc.
Haciendo referencia a la figura 3, al abrir la valvula 52 de cambio en el tiempo t2, se reduce la presion del deposito. La presion del deposito 51 disminuye hasta la presion en el tiempo de funcionamiento normal. Disminuye hasta la presion del tiempo t1. Desde el tiempo t3 en adelante, se repite un control similar. Por ejemplo, desde el tiempo t3 hasta el tiempo t4, se realiza la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible y se cierra la valvula 52 de cambio para liberar los NOx.
En la presente realizacion, es posible almacenar temporalmente gas de escape con relacion aire-combustible rica en el deposito. Por este motivo, en un estado en el que el oxfgeno que esta contenido en el gas de escape se vuelve insuficiente, es posible impedir que se alimente la sustancia que va a oxidarse al catalizador de oxidacion. Como resultado, es posible impedir que la sustancia que va a oxidarse discurra a traves del catalizador de oxidacion y que se libere a la atmosfera.
Ademas, se realiza un control para abrir la valvula 52 de cambio cuando se cambia la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx del estado rico al estado pobre. Debido a este control, es posible mezclar el gas de escape con relacion aire-combustible rica que se almaceno en el deposito 51 con el gas de escape con relacion aire-combustible pobre que fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx. Puede hacerse que el gas de escape que se dirige hacia el catalizador de oxidacion este en un estado que contiene una gran cantidad de oxfgeno y la sustancia que va a eliminarse puede oxidarse eficazmente en el catalizador de oxidacion.
El dispositivo para elevar la relacion aire-combustible del gas de escape con relacion aire-combustible rica que se almacena en el deposito no se limita a esto. Por ejemplo, tambien es posible conectar un dispositivo para el llenado adicional con aire en el deposito y para el llenado con aire de modo que se eleve la relacion aire-combustible.
En la presente realizacion, el puerto 61 de conexion que conecta el tubo de escape y el deposito y el catalizador 17 de oxidacion estan dispuestos separados una distancia predeterminada. Por este motivo, es posible mezclar suficientemente el gas de escape que fluye fuera del deposito y el gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de nOx en el interior del tubo 12 de escape. Como resultado, es posible evitar que se formen localmente partes de una baja relacion aire-combustible del gas de escape. Por tanto es posible impedir que parte de la sustancia que va a oxidarse pase directamente a traves del catalizador 17 de oxidacion y se libere a la atmosfera.
En el primer control operativo de la presente realizacion, la valvula 52 de cambio se cierra totalmente al mismo tiempo que se inicia la alimentacion de combustible desde la valvula de adicion de combustible, pero la invencion no se limita a esto. Tambien es posible cortar el flujo del gas de escape hacia el catalizador de oxidacion durante al menos parte del periodo de tiempo en el periodo durante el cual la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se convierte en la relacion aire-combustible estequiometrica o rica. Alternativamente, es posible controlar la valvula de cambio de modo que almacene en el deposito 51 al menos parte del gas de escape con relacion aire-combustible estequiometrica o relacion aire- combustible rica que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx.
La figura 6 muestra un diagrama de tiempo del segundo control operativo en la presente realizacion. En el segundo control operativo, la valvula 52 de cambio se cerro justo despues de iniciarse la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible en el tiempo t1. El momento para cerrar la valvula 52 de cambio tambien puede retrasarse desde el tiempo t1.
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Cuando la valvula de adicion de combustible esta dispuesta a una distancia predeterminada del puerto de conexion, lleva un tiempo predeterminado que el gas de escape con relacion aire-combustible rica alcance el puerto de conexion. Por este motivo, cuando se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hasta el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica, tambien es posible retrasar el tiempo para cerrar la valvula de cambio.
Alternativamente, considerando el tiempo operativo de la valvula de cambio u otro dispositivo de cambio de trayectoria de flujo, tambien es posible cerrar la valvula de cambio junto antes de enriquecer la relacion aire- combustible del gas de escape que fluye al catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. Por ejemplo, en el ejemplo de control mostrado en la figura 6, tambien es posible hacer que el grado de apertura de la valvula de cambio sea cero justo antes del tiempo t1.
Ademas, en el segundo control operativo, en el tiempo t2, se abre la valvula de cambio justo despues de detener la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. Cuando la valvula de adicion de combustible esta dispuesta alejada del puerto de conexion, se requiere un tiempo predeterminado hasta que el gas de escape con relacion aire-combustible pobre alcanza el puerto de conexion. Retrasando el tiempo para abrir la valvula de cambio desde el tiempo para detener la alimentacion de combustible desde la valvula de adicion de combustible, es posible almacenar de manera fiable gas de escape con relacion aire-combustible rica en el deposito. Es decir, es posible almacenar en el deposito el gas de escape con relacion aire-combustible rica que esta presente desde la valvula de adicion de combustible al puerto de conexion en el momento cuando se detiene la alimentacion de combustible. Debido a este control, puede impedirse de manera fiable que la sustancia que va a oxidarse se libere a la atmosfera.
Ademas, tambien es posible retrasar aun mas el tiempo para abrir la valvula de cambio. Es posible abrir la valvula de cambio tras transcurrir un tiempo predeterminado despues del cual el gas de escape con relacion aire-combustible rica fluye hacia el deposito 51. Debido a este control, es posible almacenar gas de escape con relacion aire- combustible pobre en el deposito ademas de gas de escape con relacion aire-combustible rica. En el interior del deposito 51, estos gases de escape pueden mezclarse. Es posible elevar la relacion aire-combustible del gas de escape que se almacena en el deposito. Es posible diluir el gas de escape que se almaceno en el deposito por adelantado antes de que confluya con el gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. Desde el tiempo t3 hasta el tiempo t4, se repite un control similar al desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2.
La figura 7 muestra un diagrama de tiempo de tercer control operativo en la presente realizacion. En el tercer control operativo tambien, se realiza un control para regenerar el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx haciendo que libere los NOx.
Se continua con el funcionamiento normal hasta el tiempo t1. En el tiempo t1, se cierra la valvula 52 de cambio. Se cierra la valvula 52 de cambio antes de alimentar combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. El gas de escape con relacion aire-combustible pobre se almacena en el deposito 51. Se eleva la presion del deposito 51. Al alimentar combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible desde el tiempo t2 hasta el tiempo t3, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica. Se hace que el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx libere los NOx. En el tercer control operativo, en el tiempo t2, se abre la valvula 52 de cambio. Cuando se hace que la relacion aire- combustible del gas de escape sea rica, se abre la valvula 52 de cambio.
La figura 8 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada del tubo de escape y el deposito cuando la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx se enriquece. El gas de escape con relacion aire-combustible rica fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx. Al abrir la valvula 52 de cambio, tal como se muestra mediante la flecha 103, el gas de escape pobre que se almaceno en el deposito 51 fluye a traves del puerto 61 de conexion al interior del tubo 12 de escape.
El gas de escape con relacion aire-combustible pobre se mezcla con el gas de escape con relacion aire-combustible rica que fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx. Tal como se muestra mediante la flecha 102, el gas de escape mezclado se dirige hacia el catalizador 17 de oxidacion. Al mezclar el gas de escape pobre con el gas de escape con relacion aire-combustible rica que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, es posible hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que se dirige hacia el catalizador 17 de oxidacion sea pobre. Es posible incluir mas oxfgeno que la cantidad de oxfgeno requerida para oxidar la sustancia que va a oxidarse. Por este motivo, el catalizador 17 de oxidacion puede oxidar eficazmente la sustancia que va a oxidarse.
Haciendo referencia a la figura 7, en el tiempo t2, se abre la valvula de cambio para reducir la presion del deposito. En el ejemplo de control mostrado en la figura 7, la valvula de cambio se mantiene en el estado abierto hasta el tiempo t4. En el tiempo t4, la valvula de cambio se cierra totalmente y el deposito de nuevo almacena gas de escape con relacion aire-combustible pobre. Desde el tiempo t5 hasta tiempo t7, se repite un control similar a desde el
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tiempo t3 hasta el tiempo t4.
En el tercer control operativo, durante el periodo de tiempo en el que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx es pobre, se cierra el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion y se cambia la trayectoria de flujo de modo que el gas de escape fluye hacia el deposito. El deposito almacena gas de escape con relacion aire-combustible pobre. Despues de esto, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica y se abre la valvula de cambio para mezclar el gas de escape pobre que se almacena en el deposito con el gas de escape con relacion aire-combustible rica que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. De esta manera, se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de oxidacion sea pobre. El gas de escape que fluye hacia el catalizador de oxidacion contiene suficiente oxfgeno y puede oxidar eficazmente la sustancia que va a oxidarse.
En el ejemplo de control mostrado en la figura 7, en el tiempo t2, la alimentacion de combustible desde la valvula de adicion de combustible y la operacion de apertura de la valvula de cambio se realizan de manera sustancialmente simultanea, pero la invencion no se limita a esto. Tambien es posible abrir la valvula de cambio justo antes o justo despues de alimentar el combustible. Tambien es posible abrir la valvula de cambio durante al menos parte del periodo de tiempo en el periodo de tiempo durante el cual el gas de escape con relacion aire-combustible rica fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx de modo que se controlan el gas de escape que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx y el gas de escape del deposito para que se mezclen.
En el ejemplo de control operativo anterior, se uso para la explicacion el ejemplo de control que hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica, de modo que se liberen los NOx, pero la invencion no se limita a esto. Puede realizarse un control similar incluso cuando se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica.
En el control operativo anterior, cuando se abre la valvula de cambio, se hace que el grado de apertura este totalmente abierto, pero la invencion no se limita a esto. La valvula de cambio tambien puede llevarse a un estado en el que esta parcialmente abierta. Ademas, cuando se cierra la valvula de cambio, se hace que el grado de apertura este totalmente cerrado, pero la invencion no se limita a esto. Es suficiente con que el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion se corte sustancialmente y se cierre de modo que no se eleve la presion en el interior del deposito.
En la presente realizacion, como dispositivo de alimentacion de combustible para alimentar combustible sin quemar al conducto de escape de motor, esta dispuesta una valvula de adicion de combustible, pero la invencion no se limita a esto. Puede emplearse cualquier dispositivo de alimentacion de combustible que pueda alimentar combustible sin quemar al conducto de escape de motor. Por ejemplo, es posible alimentar combustible sin quemar al conducto de escape de motor cambiando el patron de inyeccion del combustible en las camaras de combustion.
La figura 9 muestra un patron de inyeccion de combustible en el tiempo de funcionamiento normal del motor de combustion interna en la presente realizacion. El patron de inyeccion A es el patron de inyeccion de combustible en el tiempo de funcionamiento normal. En el tiempo de funcionamiento normal, se realiza la inyeccion principal FM aproximadamente en el punto muerto superior TDC de compresion. Se realiza la inyeccion principal FM cuando el angulo de ciguenal es de aproximadamente 0°. Ademas, para estabilizar la combustion de la inyeccion principal FM, se realiza la inyeccion piloto FP antes de la inyeccion principal FM.
La figura 10 muestra un patron de inyeccion cuando se alimenta combustible sin quemar al conducto de escape de motor. El patron de inyeccion B realiza la inyeccion principal FM, luego la inyeccion posterior FPO. La inyeccion posterior FPO es una inyeccion realizada en un momento en el que el combustible no se quemara en la camara de combustion. La inyeccion posterior FPO es una inyeccion auxiliar. La inyeccion posterior FPO se realiza, por ejemplo, en el intervalo de un angulo de ciguenal despues del punto muerto superior de compresion de aproximadamente 90° a aproximadamente 120°. Al realizar la inyeccion posterior, es posible alimentar combustible sin quemar al conducto de escape de motor.
Ademas, la inyeccion auxiliar que se realiza despues de la inyeccion principal FM no se limita a inyeccion posterior. Tambien puede adoptarse la inyeccion posterior que se realiza en un momento en el que se quema al menos parte del combustible que se inyecta a las camaras de combustion.
En la explicacion anterior, se explico la liberacion de NOx en la regeneracion del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, pero la invencion no se limita a esto. La regeneracion que libera los SOx que se almacenan en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx tambien puede aplicarse a la presente invencion.
El gas de escape de motor de combustion interna a veces contiene oxidos de azufre (SOx). En este caso, el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx almacena NOx y almacena simultaneamente SOx. Si se almacenan SOx, disminuye la cantidad de NOx que puede almacenarse. De esta manera, el catalizador de
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almacenamiento y reduccion de NOx experimenta el denominado “envenenamiento por azufre”. Para eliminar el envenenamiento por azufre, se realiza un tratamiento de recuperacion del envenenamiento por azufre para liberar los SOx. Los SOx se almacenan en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx en un estado mas estable que los NOx. Por este motivo, en el tratamiento de recuperacion del envenenamiento por azufre, se eleva la temperatura del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, luego se alimenta gas de escape con relacion aire-combustible rica o relacion aire-combustible estequiometrica gas de escape de modo que se liberen los SOx.
En el calculo de la cantidad de SOx que se almacenan en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, de la misma manera que el calculo de la cantidad de NOx almacenados, se almacena un mapa de la cantidad de SOx almacenados por tiempo unitario basandose en la velocidad de motor y la cantidad de inyeccion de combustible como funciones en la unidad de control electronico. Sumando de manera acumulada las cantidades de SOx almacenados por tiempo unitario, es posible calcular la cantidad de SOx almacenados en cualquier tiempo. Si la cantidad de SOx almacenados supera un valor admisible, puede realizarse un control para la regeneracion para hacer que el catalizador libere los SOx.
Para recuperarse de envenenamiento por azufre, puede usarse cualquier metodo para elevar la temperatura del catalizador de almacenamiento y reduccion de nOx hasta una temperatura que permita la liberacion de SOx. A continuacion, se realiza el control en la presente realizacion para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye al catalizador de almacenamiento y reduccion de nOx sea rica o la relacion aire-combustible estequiometrica. Puede hacerse que el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx libere los SOx.
La figura 11 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada del tubo de escape y el deposito de un segundo sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna en la presente realizacion. El segundo sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna tiene un catalizador 17 de oxidacion dispuesto en el interior del deposito 51. El deposito 51 esta formado para que se extienda a lo largo del tubo 12 de escape. El volumen del deposito 51 esta formado por el espacio rodeado por las paredes interiores del deposito 51 y las paredes exteriores del tubo 12 de escape y el catalizador 17 de oxidacion.
Al tener el catalizador 17 de oxidacion dispuesto en el interior del deposito 51, es posible aumentar la longitud del deposito 51 en la direccion que se extiende a lo largo del tubo 12 de escape y es posible reducir el diametro del deposito 51. Alternativamente, es posible disponer el deposito 51 en un pequeno espacio.
Ademas, el deposito 51 tiene el efecto de mantener el catalizador 17 de oxidacion caliente. Es decir, el gas en el interior del deposito 51 actua como aislante termico y puede suprimir la disipacion de calor del catalizador 17 de oxidacion. Por ejemplo, puede impedirse que el catalizador 17 de oxidacion disminuya por debajo de la temperatura de activacion.
Segunda realizacion
Haciendo referencia a la figura 12 y la figura 13, se explicara un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna de una segunda realizacion. El sistema de purificacion de escape en la presente realizacion esta dotado de un dispositivo de cambio de trayectoria de flujo que tiene la funcion de ajustar la velocidad de flujo del gas de escape.
La figura 12 muestra una vista en seccion transversal esquematica ampliada de un tubo de escape y el deposito en el sistema de purificacion de escape de la presente realizacion. El dispositivo de cambio de trayectoria de flujo en la presente realizacion incluye una valvula 52 de cambio. La valvula 52 de cambio en la presente realizacion es una valvula de mariposa y esta formada para poder pivotar. La valvula 52 de cambio esta formada de modo que el elemento en forma de placa puede detenerse a cualquier angulo. La valvula 52 de cambio esta formada para que se permita el ajuste del grado de apertura. La valvula 52 de cambio esta formada para que se permita el ajuste de la velocidad de flujo del gas de escape hacia el catalizador 17 de oxidacion.
En el primer control operativo de la presente realizacion, se cierra la valvula 52 de cambio para almacenar el gas de escape con relacion aire-combustible rica en el deposito 51 en el periodo de tiempo en el que la relacion aire- combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx es rica. La figura 12 es una vista en seccion transversal despues de cambiarse la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx de rica a pobre. El gas de escape con relacion aire-combustible pobre que fluye fuera del catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se mezcla con el gas de escape con relacion aire-combustible rica que se almaceno en el deposito 51.
En el primer control operativo de la presente realizacion, la valvula 52 de cambio se detiene en el angulo en el que el area superficial mayor del elemento en forma de placa esta inclinada con respecto a la direccion de flujo del gas de escape. Es decir, la valvula 52 de cambio se detiene en una extension intermedia del grado de apertura en vez de estar totalmente abierta.
Al hacer que la valvula 52 de cambio se detenga en un angulo en el que el area superficial mayor del elemento en
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forma de placa esta inclinada con respecto a la direccion del flujo del gas de escape, tal como se muestra mediante la flecha 102, se altera el flujo del gas de escape que fluye a traves del tubo 12 de escape. En el lado aguas abajo de la valvula 52 de cambio, el gas de escape puede mezclarse suficientemente. Como resultado, es posible impedir que la concentracion de la sustancia que va a oxidarse en el gas de escape que fluye hacia el catalizador 17 de oxidacion se vuelva localmente alta y es posible evitar que la sustancia que va a oxidarse pase directamente a su traves.
Al hacer que el grado de apertura de la valvula 52 de cambio sea menor, es decir, al hacer que el area en seccion de flujo sea menor, el flujo del gas de escape puede alterarse mas. Sin embargo, si el grado de apertura de la valvula 52 de cambio es demasiado pequeno, la perdida de presion se vuelve mayor y lleva un tiempo que disminuya la presion del gas de escape en el deposito 51. La valvula 52 de cambio se ajusta preferiblemente a un grado de apertura de modo que la presion del deposito 51 vuelva a la presion en el tiempo de funcionamiento normal en un plazo de tiempo predeterminado.
En la presente realizacion, una valvula de mariposa que puede ajustarse en cuanto al grado de apertura esta dispuesta en el conducto de escape de motor, pero la invencion no se limita a esto. Es posible emplear cualquier dispositivo de cambio de trayectoria de flujo que permita que se cambie la velocidad de flujo. Ademas, tambien es posible disponer un elemento de agitacion para alterar el flujo en el interior del tubo de escape de modo que se altere el flujo de la mezcla aire-combustible. Por ejemplo, como elemento de agitacion, tambien es posible disponer una placa deflectora que altera el flujo en el interior del tubo de escape.
La figura 13 muestra un diagrama de tiempo del segundo control operativo en la presente realizacion. En el segundo control operativo, se realiza un control varias veces para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica. En el segundo control operativo, se realiza un control de modo que la presion del deposito disminuya hasta la presion de funcionamiento normal a la vez que la relacion aire-combustible del gas de escape es pobre.
Hasta el tiempo t1, se realiza un funcionamiento normal. En el tiempo t1, se inicia la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible y se cierra la valvula 52 de cambio. La relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se hace que sea rica. Hasta el tiempo t2, se continua con la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. En el tiempo t2, se detienen la alimentacion de combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible y se hace que la valvula 52 de cambio este parcialmente abierta.
En la presente realizacion, se usa el sensor 55 de presion para detectar la presion P en el interior del deposito 51 (vease la figura 12). La presion Pini, en el tiempo de funcionamiento normal, se almacena en la RAM 33 de la unidad 30 de control electronico. En la presente realizacion, se almacena la presion Pini en el tiempo t1 como la presion inicial.
En la presente realizacion, se ajusta por adelantado el tiempo desde el tiempo t2 hasta el tiempo t3 en el que se empobrece la relacion aire-combustible del gas de escape. En el periodo desde el tiempo t2 hasta el tiempo t3, se detecta la disminucion de presion dP en el corto tiempo dt. Es decir, se calcula la velocidad de disminucion de presion en el periodo de relacion aire-combustible pobre. Es posible usar la velocidad de disminucion de presion calculada para predecir el tiempo tx en que la presion P del deposito 51 vuelve a la presion Pini en el tiempo de funcionamiento normal. Si este tiempo tx se retrasa desde el tiempo t3 para hacer a continuacion que la relacion aire-combustible sea rica, se realiza un control de realimentacion para aumentar mas el grado de apertura de la valvula 52 de cambio.
Al realizar este control, es posible devolver la presion P del deposito 51 a la presion Pini en el tiempo de funcionamiento normal antes del tiempo t3 en el que se hace a continuacion que la relacion aire-combustible del gas de escape sea rica. Cuando se realiza el control para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape sea rica varias veces, puede impedirse que la presion del deposito 51 se eleve en cada periodo en el que se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape sea rica. En el ejemplo de control mostrado en la figura 13, en el tiempo t2, la valvula de cambio esta parcialmente abierta. Despues de eso, el grado de apertura de la valvula de cambio se vuelve gradualmente mayor y se vuelve constante cuando se alcanza un grado de apertura predeterminado.
Desde el tiempo t3 hasta el tiempo t4, se realiza un control similar al que se realiza desde el tiempo t1 hasta el tiempo t2. Tambien despues del tiempo t4, puede realizarse un control similar en el control para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape sea rica varias veces.
En el segundo control operativo, a lo largo de todo el periodo desde el tiempo t2 hasta el tiempo t3, se realiza repetidamente un control para calcular la velocidad de disminucion de presion del deposito y ajustar el grado de apertura de la valvula de cambio, pero la invencion no se limita a esto. Tambien es posible realizar un control para ajustar el grado de apertura de la valvula de cambio basandose en la velocidad de disminucion de presion del deposito en cualquier periodo de tiempo en el periodo durante el cual la relacion aire-combustible del gas de escape es pobre.
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El resto de la configuracion, accion y efectos son similares a los de la primera realizacion, de modo que no se repetira en este caso la explicacion.
Tercera realizacion
Haciendo referencia a la figura 14 y la figura 15, se explicara un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna en una tercera realizacion. El motor de combustion interna en la presente realizacion esta dotado de un sobrealimentador.
La figura 14 es un diagrama de tiempo del primer control operativo en la presente realizacion. En el primer control operativo, cuando se reduce el grado de apertura de la valvula reguladora y se reduce la velocidad del motor de combustion interna, se alimenta combustible al conducto de escape de motor de modo que se haga que el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx libere los NOx.
Hasta el tiempo t1, el pedal 40 de acelerador se ha presionado en una cantidad predeterminada (vease la figura 1). La valvula 10 reguladora se abre en un grado de apertura predeterminado, y el motor de combustion interna emite un par motor predeterminado. En el tiempo t1, el pedal 40 de acelerador se devuelve a su posicion original y se inicia la desaceleracion. El grado de apertura de la valvula 10 reguladora se vuelve menor y se realiza un corte de combustible para detener la inyeccion de combustible desde los inyectores 3 de combustible.
La velocidad de flujo del aire de admision que fluye hacia el cuerpo 1 de motor se reduce desde el tiempo t1. En este tiempo, aunque se devuelva el pedal 40 de acelerador a su posicion original, el turboalimentador 7 de escape continuara girando un tiempo debido a la inercia. Por este motivo, la velocidad de flujo del aire de admision disminuira gradualmente sin disminuir bruscamente.
En el primer control operativo, en el tiempo t1, la valvula 52 de cambio se cambia de un estado abierto a un estado cerrado. El periodo durante el cual se reduce la velocidad de flujo del aire de admision se utiliza para almacenar gas de escape con relacion aire-combustible pobre en el deposito 51. En el tiempo t2, disminuye la velocidad de flujo del aire de admision y se vuelve sustancialmente constante. La velocidad espacial del gas de escape en el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx se vuelve mas lenta.
En el tiempo t2, se alimenta combustible desde la valvula 15 de adicion de combustible. En la presente realizacion, se lleva a cabo un control de variacion brusca de enriquecimiento para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador 16 de almacenamiento y reduccion de NOx sea enormemente rica. Al aumentar el combustible que se alimenta desde la valvula 15 de adicion de combustible por tiempo unitario, es posible hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape sea enormemente rica. En el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, se liberan los NOx.
En el primer control operativo, en el tiempo t3 despues del control de variacion brusca de enriquecimiento, se abre la valvula 52 de cambio. El gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx para la liberacion y la reduccion de NOx se mezcla con el gas de escape con relacion aire-combustible pobre que se almacena en el deposito. La mezcla aire-combustible fluye hacia el catalizador de oxidacion con una relacion aire- combustible pobre del gas de escape. En el catalizador de oxidacion, puede oxidarse eficazmente la sustancia que va a oxidarse.
En el primer control operativo de la presente realizacion, es posible utilizar la presion residual de sobrealimentacion justo despues del inicio de la desaceleracion de modo que se almacene gas de escape con relacion aire-combustible pobre en el deposito. Cuando disminuye la velocidad de flujo del aire de admision y se vuelve baja la velocidad espacial en el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, es posible hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape sea rica de modo que se alargue el tiempo de reaccion en el catalizador de almacenamiento y reduccion de nOx. Como resultado, es posible regenerar de manera adecuada el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx.
En el primer control operativo, se abre la valvula de cambio despues del control de variacion brusca de enriquecimiento, pero la invencion no se limita a esto. Tambien es posible abrir la valvula de cambio de manera sustancialmente simultanea al inicio de la variacion brusca de control de enriquecimiento. Alternativamente, tambien es posible abrir la valvula de cambio inmediatamente antes del control de variacion brusca de enriquecimiento.
La figura 15 muestra un diagrama de tiempo del segundo control operativo en la presente realizacion. En el segundo control operativo, se explicara la regeneracion del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx cuando se detiene el motor de combustion interna.
Hasta el tiempo t1, el cuerpo de motor esta funcionando. Hasta el tiempo t1, por ejemplo, se continua el funcionamiento en un estado al ralentf. En el tiempo t1, se emite una senal para detener el motor de combustion interna. Desde el tiempo t1 en adelante, la velocidad del motor disminuye con el tiempo. La velocidad de flujo del
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aire de admision disminuye de manera similar. En el tiempo t3, junto con la detencion del cuerpo de motor, la velocidad de flujo del aire de admision se vuelve cero.
En el segundo control operativo, en el tiempo t2 justo despues del tiempo t1, la valvula de cambio se cambia de un estado abierto a un estado cerrado. Se corta el conducto de escape de motor hacia el catalizador de oxidacion. Desde el tiempo t2, se almacena gas de escape en el deposito. La presion del deposito se eleva desde el tiempo t2 hasta el tiempo t3.
En el segundo control operativo, en el periodo hasta que la velocidad del cuerpo de motor se vuelve cero, se alimenta combustible sin quemar desde la valvula de adicion de combustible para liberar los NOx. En el segundo control operativo, en el tiempo t2, se realiza un control de variacion brusca de enriquecimiento para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye al catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea enormemente rica. En este tiempo, se cierra la valvula de cambio, de modo que el deposito almacena gas de escape con relacion aire-combustible rica. Despues de esto, el cuerpo de motor se detiene a la vez que se mantiene la valvula de cambio en el estado totalmente cerrado.
En el tiempo t4, vuelve a arrancarse el motor de combustion interna. En el tiempo t4, la valvula de cambio esta abierta. Se abre el conducto de escape de motor que se dirige hacia el catalizador de oxidacion. El gas de escape con relacion aire-combustible rica que se almaceno en el deposito antes de la detencion se mezcla con el gas de escape con relacion aire-combustible pobre que fluye fuera del catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx. Por este motivo, puede alimentarse gas de escape con relacion aire-combustible pobre al catalizador de oxidacion. En el tiempo t4, se abre la valvula de cambio para reducir de ese modo la presion en el deposito. En el tiempo t5, el cuerpo de motor esta en el estado al ralentf
De esta manera, cuando debe detenerse el cuerpo de motor, aunque se realice un control para hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx sea rica, en el momento del nuevo arranque, es posible el mezclado con gas de escape con relacion aire-combustible pobre de modo que puede oxidarse eficazmente la sustancia que va a oxidarse.
En el segundo control operativo, se alimenta combustible desde la valvula de adicion de combustible despues de emitirse una senal de detencion del cuerpo de motor, pero la invencion no se limita a esta realizacion. Tambien es posible alimentar el combustible desde la valvula de adicion de combustible de manera sustancialmente simultanea a la emision de la senal para detener el cuerpo de motor. Ademas, tambien es posible cerrar la valvula de cambio de manera sustancialmente simultanea a la emision de la senal para detener el cuerpo de motor.
Cuando se emite una senal para detener el motor de combustion interna justo despues de alimentar combustible sin quemar al conducto de escape de motor, es posible mantener el grado de apertura de la valvula de cambio en el estado totalmente cerrado a lo largo del periodo de detencion del motor de combustion interna de la misma manera que el segundo control operativo.
En la presente realizacion, se usa el control de variacion brusca de enriquecimiento que hace que la relacion aire- combustible del gas de escape sea enormemente rica para regenerar el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx, pero la invencion no se limita a esto. Tambien es posible hacer que la relacion aire-combustible del gas de escape sea escasamente rica o la relacion aire-combustible estequiometrica de modo que se regenere el catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx.
El resto de la configuracion, accion y efectos son similares a los de la primera realizacion, de modo que no se repetira en este caso la explicacion.
Las realizaciones anteriores pueden combinarse de manera adecuada.
En las figuras anteriores, a las partes iguales o correspondientes se les asignan las mismas notaciones de referencia. Observese que las realizaciones anteriores son ilustraciones y no limitan la invencion. Ademas, las realizaciones incluyen cambios mostrados en las reivindicaciones.
Lista de simbolos de referencia
1 cuerpo de motor
2 camara de combustion
3 combustible inyector
7 turboalimentador de escape
12 tubo de escape
15 valvula de adicion de combustible
16 catalizador de almacenamiento y reduccion de NOx
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17 catalizador de oxidacion
30 unidad de control electronico
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51 deposito
52 valvula de cambio
55 sensor de presion
15
61 puerto de conexion

Claims (2)

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    REIVINDICACIONES
    Sistema de purificacion de escape para un motor de combustion interna que esta dotado de
    un catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx que esta dispuesto en un conducto (12) de escape de motor, almacena NOx que estan contenidos en el gas de escape cuando la relacion aire- combustible del gas de escape de flujo de entrada es pobre, y libera los NOx almacenados cuando la relacion aire-combustible del gas de escape de flujo de entrada se convierte en la relacion aire-combustible estequiometrica o rica,
    un catalizador (17) de oxidacion que esta dispuesto aguas abajo del catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx en el conducto (12) de escape de motor,
    estando el sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna caracterizado porque comprende ademas:
    un deposito (51) de gas de escape que esta conectado al conducto (12) de escape de motor entre el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx y el catalizador (17) de oxidacion,
    un dispositivo (52) de cambio de trayectoria de flujo que cierra el conducto (12) de escape de motor desde el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx hacia el catalizador (17) de oxidacion y hace que fluya el gas de escape hacia el deposito (51), y
    una unidad (30) de control electronico que esta configurada de manera que
    cuando se hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica, cierra el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidacion y cambia la trayectoria de flujo de modo que el gas de escape fluye hacia el deposito (51) y al menos parte del gas de escape con relacion aire-combustible estequiometrica o relacion aire-combustible rica que fluye fuera del catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx se almacena en el deposito (51).
    Sistema de purificacion de escape para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, en el que la unidad (30) de control electronico esta configurada ademas de manera que cambia la relacion aire- combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx de la relacion aire-combustible estequiometrica o estado enriquecido al estado pobre y abre el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidacion de modo que se mezcle el gas de escape que se almaceno en el deposito (51) y el gas de escape que fluye fuera del catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx a la vez que se alimenta el gas de escape al catalizador (17) de oxidacion.
    Sistema de purificacion de escape para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, en el que el deposito (51) esta formado para que se extienda a lo largo del conducto (12) de escape de motor, y el catalizador (17) de oxidacion esta dispuesto en el interior del deposito (51).
    Sistema de purificacion de escape para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, en el que
    el sistema esta dotado de un dispositivo (55) de deteccion de presion que detecta la presion en el interior del deposito (51),
    el sistema esta formado para que realice el control para repetir un periodo en el que la relacion aire- combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx es la relacion aire-combustible estequiometrica o rica y un periodo en el que la relacion aire-combustible es pobre,
    el sistema esta formado de modo que cuando el dispositivo (52) de cambio de trayectoria de flujo abre el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidacion, es posible ajustar la velocidad de flujo del gas de escape que fluye hacia el catalizador (17) de oxidacion,
    el sistema estima una velocidad de disminucion de presion en el deposito (51) en el periodo de tiempo en el que se abre el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidacion y usa la velocidad de disminucion de presion estimada y un periodo de tiempo predeterminado para mantener pobre la relacion aire-combustible del gas de escape como base para ajustar la velocidad de flujo del gas de escape que fluye hacia el catalizador (17) de oxidacion de modo que la presion del deposito (51) disminuye hasta la
    presion antes del almacenamiento del gas de escape antes del momento del final del periodo de tiempo para mantener pobre la relacion aire-combustible del gas de escape.
  2. 5. Sistema de purificacion de escape para un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, en el que 5
    el sistema es un sistema de purificacion de escape de un motor de combustion interna que hace que la relacion aire-combustible del gas de escape que fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y reduccion de NOx sea la relacion aire-combustible estequiometrica o rica cuando debe detenerse el cuerpo (1) de motor, y
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    en el que la unidad (30) de control electronico esta configurada ademas de manera que
    cierra el conducto (12) de escape de motor hacia el catalizador (17) de oxidacion cuando el gas de escape con relacion aire-combustible estequiometrica o rica fluye hacia el catalizador (16) de almacenamiento y 15 reduccion de NOx y detiene el cuerpo (1) de motor en el estado con el conducto (12) de escape de motor
    cerrado y
    abre la trayectoria de flujo hacia el catalizador (17) de oxidacion cuando vuelve a arrancarse el cuerpo (1) de motor.
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