ES2707591T3 - Aparato de purificación de escape para motor de combustión interna - Google Patents

Aparato de purificación de escape para motor de combustión interna Download PDF

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Kohei Yoshida
Yoshihisa Tsukamoto
Yuki Bisaiji
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Abstract

Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna en el cual un catalizador (13) de tratamiento de escape es dispuesto dentro de un pasaje de escape del motor, una capa de abrigo compuesta de al menos dos capas de una capa (46) de abrigo superior y una capa (47) de abrigo inferior es formada en un substrato (45) del catalizador (13) de tratamiento de escape, la capa (46) de abrigo superior está compuesta de un catalizador (46) de purificación de escape para reaccionar el NOx contenido en el gas de escape y reformar hidrocarburos, un catalizador (51, 52) de metal precioso es portado en una superficie de flujo de gas de escape del catalizador (46) de purificación de escape y una parte (54) de la superficie del flujo del gas de escape básica es formada alrededor del catalizador (51, 52) de metal precioso, el catalizador (46) de purificación de escape que reduce el NOx que está contenido en el gas de escape si causa vibración de una concentración de hidrocarburo que fluyen en el catalizador (13) de tratamiento de escape dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo y que aumente en cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en el gas de escape si alargar el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo más de un intervalo predeterminado, la capa (47) de abrigo inferior está compuesta de un catalizador (47) de absorción de NOx que adsorbe NOx contenido en el gas de escape y desorbe el NOx adsorbido si la temperatura aumenta, en el momento de la operación del motor, la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador (13) de tratamiento de escape se hace vibrar dentro de dicho intervalo predeterminado de amplitud y dentro de dicho intervalo predeterminado de periodo y, de este modo, el NOx contenido en el gas de escape y NOx desorbido del catalizador (47) de absorción de NOx son reducidos, donde dentro de dicho catalizador (46) de purificación de escape, el NOx contenido en gas de escape e hidrocarburos reformados son reaccionados por lo cual un intermediario reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos es producido, caracterizado en que dicho periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo es un periodo de vibración necesario para la producción continua del intermediario reductor, donde dicho periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo es 0,3 segundos hasta 5 segundos.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato de purificación de escape para motor de combustión interna
Campo técnico
La presente invención se relaciona con un método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna.
Antecedentes
Un motor de combustión interna es conocido en la técnica que dispone, en un pasaje de escape del motor, de un catalizador de almacenamiento de NOx que almacena el NOx que está contenido en el gas de escape cuando la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye dentro es pobre y que libera el NOx almacenado cuando la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye dentro se vuelve rica, que dispone, en el pasaje de escape del motor ascendente del catalizador de almacenamiento de NOx, de un catalizador de oxidación que tiene una función de adsorción, y que alimenta hidrocarburos en el pasaje de escape del motor ascendente del catalizador de oxidación para hacer que la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye dentro del catalizador de almacenamiento de NOx rica cuando se libera NOx desde el catalizador de almacenamiento de NOx (por ejemplo, véase la Literatura de Patente 1).
En este motor de combustión interna, los hidrocarburos que son alimentados cuando se libera NOx desde el catalizador de almacenamiento de NOx se hacen hidrocarburos gaseosos en el catalizador de oxidación, y los hidrocarburos gaseosos son alimentados al catalizador de almacenamiento de NOx. Como resultado, el NOx que es liberado del catalizador de almacenamiento de NOx se reduce también.
Además, el documento de patente WO 2009/016822 A2 (Literatura de Patente 2) describe un sistema de purificación del gas de escape con un agente de captura que adsorbe óxido de nitrógeno cuando una relación de aire de exceso del gas de escape es más de 1, y libera óxido de nitrógeno cuando la relación de aire de exceso es 1 o menos, un catalizador que purifica NOx que reduce óxido de nitrógeno a nitrógeno, y un controlador de concentración de oxígeno que controla la concentración de oxígeno en el gas de escape. Cuando la relación de aire de exceso del gas de escape es más de 1, el óxido de nitrógeno es adsorbido al agente de captura de NOx. Cuando la relación de aire de exceso del gas de escape es 1 o menos, el controlador de concentración de oxígeno controla la concentración de oxígeno del gas de escape en una entrada del catalizador que purifica el NOx entre 0,8 y 1,5 % por volumen, de forma que el catalizador que purifica el NOx reduce el óxido de nitrógeno liberado desde el agente de captura de NOx.
Lista de citas
Literatura de patente
Literatura de patente 1: Patente Japonesa No. 3969450
Literatura de patente 2: Solicitud de patente internacional abierta No. WO 2009/016822 A2
Compendio de la invención
Problema técnico
Este catalizador de almacenamiento de NOx puede dar una tasa de purificación de NOx excelente si el catalizador está activado. Sin embargo, existe el problema de que cuando el catalizador de almacenamiento de NOx alcanza una temperatura alta, la tasa de purificación de NOx cae.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna que considera el tratamiento del NOx antes de la activación de un catalizador de purificación de escape y que puede dar una tasa de purificación de NOx alta aun si la temperatura del catalizador de purificación de escape alcanza una temperatura alta.
Solución al problema
El objeto anterior es resuelto por la materia de la reivindicación 1. Más configuraciones ventajosas de la invención pueden ser trazadas a partir de las reivindicaciones dependientes.
Efectos ventajosos de la invención
Aun si la temperatura del catalizador de purificación de escape alcanza una temperatura alta, una tasa de purificación de NOx alta puede ser obtenida. También, cuando la temperatura del catalizador de purificación de escape es baja, el NOx que está contenido en el gas de escape puede ser adsorbido en el catalizador de adsorción de NOx.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista general de un motor de combustión interna de tipo de ignición de compresión.
Las FIG. 2A y 2B son vistas que muestran de manera esquemática una parte de la superficie de un catalizador. La FIG. 3 es una vista para explicar una reacción de oxidación en un catalizador de purificación de escape.
La FIG. 4 es una vista que muestra cambios en la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador de tratamiento de escape.
La FIG. 5 es una vista que muestra una tasa de purificación de NOx.
Las FIG. 6A y 6B son vistas para explicar una reacción de reducción de oxidación en un catalizador de purificación de escape.
Las FIG. 7A y 7B son vistas para explicar una reacción de reducción de oxidación en un catalizador de purificación de escape.
La FIG. 8 es una vista que muestra cambios en la relación de aire-combustión del gas de escape que fluye en el catalizador de tratamiento de escape.
La FIG. 9 es una vista de una tasa de purificación de NOx.
La FIG. 10 es una tabla de tiempo que muestra cambios en la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador de tratamiento de escape.
La FIG. 11 es una tabla de tiempo que muestra cambios en la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador de tratamiento de escape.
La FIG. 12 es una vista que muestra una relación entre una fuerza oxidante de un catalizador de purificación de escape y una relación de aire-combustible demandado mínimo X.
La FIG. 13 es una vista que muestra una relación entre una concentración de oxígeno en un gas de escape y una amplitud AH de una concentración de hidrocarburo que da la misma tasa de purificación de NOx.
La FIG. 14 es una vista que muestra una relación entre una amplitud AH de una concentración de hidrocarburo y una tasa de purificación de NOx.
La FIG. 15 es una vista que muestra una relación de un periodo de vibración AT de una concentración de hidrocarburo y una tasa de purificación de NOx.
La FIG. 16 es una vista que muestra un mapa de la cantidad W de alimentación de hidrógeno.
La FIG. 17 es una vista que muestra una relación entre una temperatura de un catalizador de adsorción de HC y una cantidad de adsorción de HC.
La FIG. 18 es una vista que muestra de manera esquemática una parte de la superficie de una portadora de catalizador de un catalizador de adsorción de HC.
La FIG. 19A y la FIG. 19B son vistas para explicar las acciones de adsorción y desorción del NOx.
La FIG. 20 es una vista que muestra el control de alimentación de los hidrocarburos.
La FIG. 21 es una vista que muestra de manera esquemática una parte de la superficie de un substrato de un catalizador de tratamiento de escape que muestra otra realización.
La FIG. 22 es una vista que muestra de manera esquemática una parte de la superficie de un substrato de un catalizador de tratamiento de escape que muestra aun otra realización.
La FIG. 23 es una vista que muestra de manera esquemática una parte de la superficie de un substrato de un catalizador de tratamiento de escape que muestra aun otra realización.
Descripción de realizaciones
La FIG. 1 es una vista general de un motor de combustión interna de tipo de ignición de compresión.
En referencia a la FIG. 1, 1 indica un cuerpo del motor, 2 una cámara de combustión de cada cilindro, 3 un inyector de combustible controlado de manera electrónica para inyectar combustible en cada cámara 2 de combustión, 4 un colector de admisión, y 5 un colector de escape. El colector 4 de admisión está conectado a través de un conducto 6 de admisión a una salida de un compresor 7a de un turbocompresor 7 de escape, mientras que una entrada del compresor 7a está conectada a través de un detector 8 de cantidad de aire de admisión a un limpiador 9 de aire. Dentro del conducto 6 de admisión, una válvula 10 de aceleración dirigida por un motor paso a paso es dispuesta. Además, alrededor del conducto 6 de admisión, un dispositivo 11 de enfriamiento es dispuesto para enfriar el aire de admisión que fluye a través del interior del conducto 6 de admisión. En la realización mostrada en la FIG. 1, el agua de enfriamiento del motor es guiada al interior del dispositivo 11 de enfriamiento donde el agua de enfriamiento del motor es usada para enfriar el aire de admisión.
Por otro lado, el colector 5 de escape está conectado a una entrada de una turbina 7b de escape del turbocompresor 7 de escape. La salida de la turbina 7b de escape está conectada a través de una tubería 12 de escape a una entrada del catalizador 13 de tratamiento de escape, mientras que la salida del catalizador 13 de tratamiento de escape está conectada a un filtro 14 de partículas para capturar partículas que están contenidas en el gas de escape. Dentro de la tubería 12 de escape ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape, una válvula 15 de alimentación de hidrocarburos es dispuesta para alimentar hidrocarburos comprimidos de gasóleo u otro combustible usado como combustible para un motor de combustión interna de tipo ignición de compresión. En la realización mostrada en la FIG. 1, el gasóleo es usado como los hidrocarburos que son alimentados desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos. Observe que, la presente invención puede también ser aplicada a un motor de combustión interna de tipo de ignición de chispa en el cual el combustible es quemado bajo una relación de airecombustible pobre. En este caso, desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos, los hidrocarburos comprimidos de la gasolina u otro combustible usado como combustible de un motor de combustión interna de tipo ignición de chispa son alimentados.
Por otro lado, el colector 5 de escape y el colector 4 de admisión están conectados entre sí a través de un pasaje 16 de recirculación del gas de escape (en adelante referido como un “EGR”). Dentro del pasaje 16 del EGR, una válvula 17 de control del EGR controlada de manera electrónica es dispuesta. Además, alrededor del pasaje 16 del EGR, un dispositivo 18 de enfriamiento es dispuesto para enfriar el gas del EGR que fluye a través del interior del pasaje 16 del EGR. En la realización mostrada en la FIG. 1, el agua de enfriamiento del motor es guiada al interior del dispositivo 18 de enfriamiento donde el agua de enfriamiento del motor es usada para enfriar el gas del EGR. Por otro lado, cada inyector 3 de combustible está conectado a través de un tubo 19 de alimentación de combustible a un rail 20 común. Este rail 20 común está conectado a través de una bomba 21 de combustible de descarga variable controlada de manera electrónica a un tanque 22 de combustible. El combustible que está almacenado dentro del tanque 22 de combustible es alimentado por la bomba 21 de combustible al interior del rail 20 común. El combustible que es alimentado al interior del rail 20 común es alimentado a través de cada tubo 19 de alimentación de combustible al inyector 3 de combustible.
Una unidad 30 de control electrónico está compuesta de un ordenador digital provisto con una ROM (memoria de solo 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 conectados entre sí mediante un bus 31 bidireccional. En sentido descendente del catalizador 13 de tratamiento de escape, un sensor 23 de temperatura es anexado para detectar la temperatura del gas de escape. El filtro 14 de partículas tiene un sensor 24 de presión diferencial anexado para detectar la presión diferencial antes y después del filtro 14 de partículas. Las señales de salida de este sensor 23 de temperatura, sensor 24 de presión diferencia, y detector 8 de cantidad de aire de admisión son introducidas a través de los conversores 37 AD correspondientes al puerto 35 de entrada. Además, un pedal 40 acelerador tiene un sensor 41 de carga conectado a él que genera un voltaje de salida proporcional a la cantidad de presión L del pedal 40 acelerador. El voltaje de salida del sensor 41 de carga es introducido a través de un conversor 37 AD correspondiente al puerto 35 de entrada. Además, en el puerto 35 de entrada, un sensor 42 de ángulo de vuelta está conectado que genera un pulso de salida cada vez que un cigüeñal rota por, por ejemplo, 15°. Por otro lado, el puerto 36 de salida está conectado a través de los circuitos 38 de accionamiento a cada inyector 3 de combustible, motor paso a paso para accionar la válvula 10 de aceleración, la válvula 15 de alimentación de hidrocarburo, la válvula 17 de control del EGR, y la bomba 21 de combustible.
La FIG. 2A muestra de manera esquemática una parte de la superficie de un substrato del catalizador 13 de tratamiento de escape. Este substrato 45 está por ejemplo compuesto de cordierita. En este substrato 45, una capa de abrigo compuesta de al menos dos capas de una capa 46 de abrigo superior y una capa 47 de abrigo inferior se forma. En la realización mostrada en la FIG. 2A, la capa 46 de abrigo superior está compuesta de un agregado de polvo. Esta capa 46 de abrigo superior forma un catalizador de purificación de escape para eliminar el NOx. Por lo tanto, primero, este catalizador 46 de purificación de escape y un nuevo método de purificación de NOx que usa este catalizador 46 de purificación de escape serán explicados.
La FIG. 2B muestra de manera esquemática la parte de la superficie de una portadora de catalizador de polvos que forman el catalizador 46 de purificación de escape. En este catalizador 46 de purificación de escape, como se muestra en la FIG. 2B, por ejemplo, catalizadores 51 y 52 de metal precioso son portados en una portadora 50 de catalizador hecha de alúmina. Además, en esta portadora 50 de catalizador, una capa 53 básica es formada que incluye al menos un elemento seleccionado de entre potasio K, sodio Na, Cesio Cs, u otro tal como metal alcalino, bario Ba, calcio Ca, u otro tal como metal de tierra alcalina, un lantánido u otro tal como tierra rara y plata Ag, cobre Cu, hierro Fe, iridio Ir, u otro metal capaz de donar electrones al NOx. El gas de escape fluye a lo largo de la parte superior de la portadora 50 del catalizador, de forma que los catalizadores 51 y 52 de metal precioso pueden decirse que son portados en la superficie de flujo del gas de escape del catalizador 46 de purificación de escape. Además, la superficie de la capa 53 básica exhibe basicidad, así que la superficie de la capa 53 básica es llamada la parte 54 de la superficie de flujo de gas de escape básica.
Por otro lado, en la FIG. 2, el catalizador 51 de metal precioso está compuesto de platino Pt, mientras que el catalizador 52 de metal precioso está compuesto de rodio Rh. Esto es, los catalizadores 51 y 52 de metal precioso que son portados en la portadora 50 de catalizador están compuestos de platino Pt y rodio Rh. Observe que, en la portadora 50 del catalizador del catalizador 46 de purificación de escape, además del platino Pt y el rodio Rh, se puede portar también paladio Pd. De manera alternativa, en vez de rodio Rh, puede portarse paladio Pd. Esto es, los catalizadores 51 y 52 de metal precioso que son portados en la portadora 50 del catalizador están compuestos de platino Pt y al menos uno entre rodio Rh y paladio Pd.
Si los hidrocarburos son inyectados desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos en el gas de escape, los hidrocarburos son reformados por el catalizador 46 de purificación de escape. En la presente invención, en este momento, los hidrocarburos reformados son usados para eliminar el NOx en el catalizador 46 de purificación de escape. La FIG. 3 muestra de manera esquemática la acción de reforma realizada en el catalizador 46 de purificación de escape en este momento. Como se muestra en la FIG. 3, los hidrocarburos HC que son inyectados desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos se vuelven hidrocarburos HC radicales con un número de carbono pequeño mediante el catalizador 51.
Observe que, aun si el combustible de inyección, esto es, los hidrocarburos, desde el inyector 3 de combustible en la cámara 2 de combustión durante la última mitad del golpe de expansión o durante el golpe de expansión, los hidrocarburos son reformados dentro de la cámara 2 de combustión o en el catalizador 46 de purificación de escape, y el NOx que está contenido en el gas de escape es eliminado por los hidrocarburos modificados en el catalizador 46 de purificación de escape. Por lo tanto, en la presente invención, en vez de alimentar hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos al interior del pasaje de escape del motor, es también posible alimentar hidrocarburos en la cámara 2 de combustión durante la última mitad del golpe de expansión o durante el golpe de expansión. De este modo, en la presente invención, es también posible alimentar hidrocarburos al interior de la cámara 2 de combustión, pero a continuación la presente invención es explicada tomando como un ejemplo el caso de inyección de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos al interior del pasaje de escape del motor.
La FIG. 4 muestra la temporización de alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos y los cambios en la relación (A/F)entrada de aire-combustible en del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape. Observe que, los cambios en la relación (A/F)entrada de aire-combustible depende del cambio en la concentración de los hidrocarburos en el gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape, así que se puede decir que el cambio en la relación (A/F)entrada de aire-combustible mostrada en la FIG. 4 expresa el cambio en la concentración de los hidrocarburos. Sin embargo, si la concentración de los hidrocarburos se vuelve más alta, la relación aire-combustible (A/F)entrada se vuelve más baja, así, en la FIG.
4, cuanto más hacia el lado rico se vuelva la relación (A/F)entrada de aire-combustible, más alta es la concentración de hidrocarburo.
La FIG. 5 muestra la tasa de purificación de NOx mediante el catalizador 13 de tratamiento de escape con respecto a las temperaturas del catalizador del catalizador 46 de purificación de escape cuando de manera periódica hace que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape cambie para, como se muestra en la FIG. 4, hacer que la relación (A/F)entrada de aire-combustible del gas de escape que fluye al catalizador 13 de tratamiento de escape cambie. Los inventores se comprometieron en la investigación relacionada con la purificación del NOx por un largo tiempo. En el proceso de investigación, aprendieron que si se hace la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 46 de purificación de escape vibrar dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo, como se muestra en la FIG. 5, una tasa de purificación del NOx extremadamente alta es obtenida aun en una región de temperatura alta de 400°C o mayor.
Además, en este momento, una gran cantidad de intermediario reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos continúa siendo retenida o adsorbida en la superficie de la capa 53 básica, esto es, en la parte 54 de la superficie de flujo del gas de escape básica del catalizador 46 de purificación de escape. Se aprende que este intermediario reductor juega un rol central en obtener una tasa de purificación de NOx alta. A continuación, esto será explicado con referencia a las FIG. 6A y 6B. Observe que, estas FIG. 6A y 6B muestran de manera esquemática la parte de la superficie de la portadora 50 del catalizador del catalizador 46 de purificación de escape. Estas FIG. 6A y 6B muestran la reacción que se presume que ocurra cuando la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de purificación de escape se hace que vibre dentro de un intervalo predeterminando de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo.
La FIG. 6A muestra cuando la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape es baja, mientras que la FIG. 6B muestra cuando los hidrocarburos son alimentados desde la válvula 15 de hidrocarburos y la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape se vuelve más alta.
Ahora, como se entenderá de la FIG. 4, la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape es mantenida pobre excepto por un instante, así que el gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape normalmente se vuelve un estado de exceso de oxígeno. Por lo tanto, el NO que está contenido en el gas de escape, como se muestra en la FIG. 6A, es oxidado en el platino 51 y se vuelve NO2. A continuación, este NO2 es suministrado con electrones desde el platino 51 y se vuelve NO2-. Por lo tanto, una gran cantidad de NO2- es producida en el platino 51. Este NO2- es fuerte en actividad. Anteriormente, este NO2- es llamado el NO2* activo.
Por otro lado, si los hidrocarburos son alimentados desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos, como se muestra en la FIG. 3, los hidrocarburos son reformados y se vuelven radicalizados dentro del catalizador 46 de purificación de escape. Como resultado, como se muestra en la FIG. 6B, la concentración de hidrocarburo alrededor del NO2* activo se vuelve más alta. A este respecto, después de que se produzca el NO2* activo, si el estado de una concentración de oxígeno alta alrededor del NO2* activo continua por un tiempo predeterminado o más, el NO2* activo es oxidado y es absorbido en la capa 53 básica en la forma de iones de nitrato de NO3-. Sin embargo, si la concentración de hidrocarburo alrededor del NO2* activo se hace más grande antes de que este tiempo predeterminado pase, como se muestra en la FIG. 6B, el NO2* activo reacciona en el platino 51 con los hidrocarburos hC radicales por lo cual un intermediario reductor es producido. Este intermediario reductor es adherido o adsorbido en la superficie de la capa 53 básica.
Observe que, en este momento, el primer intermediario reductor producido es considerado un compuesto de nitrógeno R-NO2. Si este compuesto de nitrógeno R-NO2 es producido, el resultado se vuelve un compuesto de nitrilo R-CN, pero este compuesto de nitrilo R-CN solo puede sobrevivir por un instante en este estado, así que inmediatamente se vuelve un compuesto de isocianato R-NCO. Si este compuesto de isocianato R-NCO es hidrolizado, se vuelve un compuesto de amina R-NH2. Sin embargo, en este caso, lo que es hidrolizado es considerado parte del compuesto de isocianato R-NCO. Por lo tanto, como se muestra en la FIG. 6B, la mayoría del intermediario reductor que es retenido o adsorbido en la superficie de la capa 53 básica se cree que es el compuesto de isocianato R-NCO y compuesto de amina R-NH2.
Por otro lado, como se muestra en la FIG. 6B, si el intermediario reductor producido es rodeado por los hidrocarburos HC, el intermediario reductor es bloqueado por los hidrocarburos HC y la reacción no continuará más. En este caso, si la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape es bajada y por lo tanto la concentración de oxigeno se vuelve más alta, los hidrocarburos alrededor del intermediario reductor serán oxidados. Como resultado, como se muestra en la FIG. 6A, el intermediario reductor y el NO2* activo reaccionarán. En este momento, el NO2* activo reacciona con el intermediario reductor R-NCO o R-NH2 para formar N2 , CO2, y H2O y consecuentemente el NOx es eliminado.
De este modo, en el catalizador 46 de purificación de escape, haciendo que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape más alta, un intermediario reductor es producido. Haciendo que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape más baja y subiendo la concentración de oxígeno, el NO2* reacciona con el intermediario reductor y el NOx es eliminado. Esto es, para que el catalizador 46 de purificación de escape elimine el NOx, la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape tiene que ser cambiada de manera periódica.
Por supuesto, en este caso, es necesario elevar la concentración de hidrocarburo a una concentración suficientemente alta para producir el intermediario reductor y es necesario reducir la concentración de hidrocarburo a una concentración suficientemente baja para hacer que el intermediario reductor producido reaccione con el NO2* activo. Esto es, es necesario hacer que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape vibre dentro de un intervalo predeterminado de amplitud. Observe que, en este caso, es necesario mantener una cantidad suficiente de intermediario reductor R-NCO o R-NH2 en la capa 53 básica, esto es, la parte 24 de la superficie del flujo de gas de escape básica, hasta que el intermediario reductor producido reaccione con el NO2* activo. Por esta razón, la parte 24 de la superficie de flujo de gas de escape básica es proporcionada.
Por otro lado, si se alarga el periodo de alimentación de los hidrocarburos, el tiempo en el cual la concentración de oxígeno se vuelve más alta se vuelve más larga en el periodo después de que los hidrocarburos sean alimentados hasta que los hidrocarburos sean alimentados de nuevo. Por lo tanto, el NO2* activo es absorbido en la capa 53 básica en la forma de nitratos sin producir un intermediario reductor. Para evitar esto, es necesario hacer que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape vibre dentro de un intervalo predeterminado de periodo.
Por lo tanto, en una realización de la presente invención, para hacer que el NOx contenido en el gas de escape y los hidrocarburos reformados reaccionen y produzcan el intermediario reductor R-NCO o R-NH2 que contiene nitrógeno e hidrocarburos, los catalizadores 51 y 52 de metal precioso son portados en la superficie de flujo del gas de escape del catalizador 46 de purificación de escape. Para mantener el intermediario reductor producido R-NCO, o R-NH2 dentro del catalizador 13 de tratamiento de escape, una parte 54 de la superficie de flujo del gas de escape básica es formada alrededor de los catalizadores 51 y 52 de metal precioso. Debido a la acción de reducción del intermediario reductor R-NCO o R-NH2 que es mantenida en la parte 54 de la superficie de flujo del gas de escape básica, el NOx es reducido. El periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo se hace el periodo de vibración requerido para la continuación de la producción del intermediario reductor R-NCO o R-NH2. De paso, en el ejemplo mostrado en la FIG. 4, el intervalo de inyección se hace 3 segundos.
Si el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo, esto es, el periodo de alimentación de los hidrocarburos HC, se hace más larga que el intervalo predeterminado del periodo anterior, el intermediario reductor R-NCO o R-NH2 desaparece de la superficie de la capa 53 básica. En este momento, el NO2* activo que es producido en el platino Pt 53, como se muestra en la FIG. 7A, se difunde en la capa 53 básica en la forma de iones de nitrato NO3- y se vuelven nitratos. Esto es, en este momento, el NOx en el gas de escape es absorbido en la forma de nitratos dentro de la capa 53 básica.
Por otro lado, la FIG. 7B muestra el caso donde la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de purificación de escape se hace la relación de aire-combustible estequiométrica o rica cuando el NOx es absorbido en la forma de nitratos dentro de la capa 53 básica. En este caso, la concentración de oxígeno en el gas de escape cae, así que la reacción procede en la dirección opuesta (NO3- ^ NO2) y en consecuencia los nitratos absorbidos en la capa 53 básica se vuelven iones de nitrato NO3- uno a uno, como se muestra en la FIG. 7B, son liberados desde la capa 53 básica en la forma de NO2. A continuación, el NO2 liberado es reducido por los hidrocarburos HC y CO contenidos en el gas de escape.
La FIG. 8 muestra el caso de hacer que la relación (A/F)entrada de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape temporalmente rica ligeramente antes de que la habilidad de absorción de NOx de la capa 53 básica se vuelva saturada. Observe que, en el ejemplo mostrado en la FIG. 8, el intervalo de tiempo de este control de riqueza es de 1 minuto o más. En este caso, el NOx que fue absorbido en la capa 53 básica cuando la relación (A/F)entrada de aire-combustible del gas de escape era pobre es liberada toda de inmediato desde la capa 53 básica y reducida cuando la relación (A/F)entrada de aire-combustible del gas de escape se hace rica temporalmente. Por lo tanto, en este caso, la capa 53 básica juega el rol de un absorbente para absorber temporalmente NOx.
Observe que, en este momento, a veces la capa 53 básica adsorbe el NOx. Por lo tanto, si se usa el término de almacenamiento como un término que incluye tanto absorción como adsorción, en este momento, la capa 53 básica realiza el rol de un agente de almacenamiento de NOx para almacenar de manera temporal el NOx. Esto es, en este caso, si la relación del aire y el combustible (hidrocarburos) que son alimentados en el pasaje de admisión del motor, cámaras 2 de combustión, y pasaje de escape ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape es llamada la relación de aire-combustible del gas de escape, el catalizador 46 de purificación de escape funciona como un catalizador de almacenamiento de NOx que almacena el NOx cuando la relación de aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx almacenado cuando la concentración de oxígeno en el gas de escape cae.
La FIG. 9 muestra la tasa de purificación de NOx cuando se hace que el catalizador 46 de purificación de escape funcione como un catalizador de almacenamiento de NOx de este modo. Observe que, la abscisa de la FIG. 9 muestra la temperatura TC del catalizador del catalizador 46 de purificación de escape. Cuando se hace que el catalizador 46 de purificación de escape funcione como un catalizador de almacenamiento de NOx, como se muestra en la FIG. 9, cuando la temperatura TC del catalizador es entre 300°C y 400°C, una tasa de purificación de NOx extremadamente alta es obtenida, pero cuando la temperatura TC del catalizador se vuelve de 400°C o una temperatura alta mayor, la tasa de purificación del NOx cae.
De este modo, cuando la temperatura TC del catalizador se vuelve de 400°C o más, la tasa de purificación del NOx cae porque si la temperatura Tc del catalizador se vuelve de 400°C o más, los nitratos se rompen por el calor y son liberados en la forma de NO2 desde el catalizador 46 de purificación de escape. Esto es, siempre que se almacene NOx en la forma de nitratos, cuando la temperatura TC del catalizador es alta, es difícil obtener una tasa de purificación de NOx alta. Sin embargo, en el nuevo método de purificación de NOx mostrado desde la FIG. 4 a las FIG. 6A y 6B, como se comprenderá a partir de las FIG. 6A y 6B, los nitratos no son formados o incluso si se forman son extremadamente bien en cantidad, consecuentemente, como se muestra en la FIG. 5, aun cuando la temperatura TC del catalizador es alta, una tasa de purificación de NOx alta es obtenida.
Esto es, el método de purificación de NOx que es mostrado desde la FIG. 4 a las FIG. 6A y 6B se puede decir que es un nuevo método de purificación de NOx diseñado para eliminar el NOx sin formar casi ningún nitrato en el caso de usar un catalizador de purificación de escape que porte un catalizador de metal precioso y forme una capa básica que pueda absorber NOx. En la actualidad, cuando se usa este nuevo método de purificación de NOx, los nitratos que son detectados de la capa 53 básica se vuelven mucho más pequeños en cantidad comparados con el caso donde se hace que el catalizador 46 de purificación de escape funcione como un catalizador de almacenamiento de NOx.
A continuación, en referencia a la FIG. 10 hasta la FIG. 15, el nuevo método de purificación de NOx que es mostrado en la FIG. 4 a las FIG. 6A y 6B será explicado en un poco más de detalle.
La FIG. 10 muestra engrandecido el cambio en la relación (A/F)entrada de aire-combustible mostrada en la FIG. 4. Observe que, como se explicó anteriormente, el cambio en la relación (A/F)entrada de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape muestra de manera simultánea el cambio en la concentración de los hidrocarburos que fluyen en el catalizador 13 de tratamiento de escape. Observe que, en la FIG. 10, AH muestra la amplitud del cambio en la concentración de los hidrocarburos HC que fluyen en el catalizador 13 de tratamiento de escape, mientras que AT muestra el periodo de vibración de la concentración de los hidrocarburos que fluyen en el catalizador 13 de tratamiento de escape.
Además, en la FIG. 10 (A/F)b muestra la relación de aire-combustible que muestra la relación de aire-combustible del gas de combustión para generar la salida del motor. En otras palabras, esta relación (A/F)b de aire-combustible base muestra la relación de aire-combustible del gas de escape que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape cuando se para la alimentación de los hidrocarburos. Por otro lado, en la FIG. 10, X muestra el límite superior de la relación (A/F)entrada de aire-combustible que es usada para producir el intermediario reductor sin el NO2* activo producido siendo almacenado en la forma de nitratos dentro de la capa 53 básica. Para hacer que el NO2* activo y los hidrocarburos reformados reaccionen y produzcan el intermediario reductor, es necesario hacer que la relación (A/F)entrada de aire-combustible sea más baja que el límite X superior de esta relación de airecombustible.
En otras palabras, en la FIG. 10, X muestra el límite inferior de la concentración de hidrocarburo requerida para hacer que el NO2* activo y los hidrocarburos reformados reaccionen para producir un intermediario reductor. Para producir el intermediario reductor, la concentración de hidrocarburo tiene que hacerse mayor que este límite X inferior. En este caso, si el intermediario reductor es producido es determinado por la relación de la concentración de oxígeno y la concentración de hidrocarburo alrededor del NO2* activo, esto es, la relación (A/F)entrada de airecombustible. El límite X superior de la relación de aire-combustible requerida para producir el intermediario reductor será llamada a continuación la relación de aire-combustible mínima demandada.
En el ejemplo mostrado en la FIG. 10, la relación X de aire-combustible mínima demandada es rica, por lo tanto, en este caso, para formar el intermediario reductor, la relación (A/F)entrada de aire-combustible es hecha de manera instantánea la relación X de aire-combustible mínima demandada o menor, esto es, rica. En oposición a esto, en el ejemplo mostrado en la FIG. 11, la relación X de aire-combustible mínima demandada es pobre. En este caso, la relación (A/F)entrada de aire-combustible es mantenida pobre mientras se reduce de manera periódica la relación (A/F)entrada para formar el intermediario reductor.
En este caso, si la relación X de aire-combustible mínima demandada se vuelve rica o se vuelve pobre depende de la intensidad de oxidación del catalizador 46 de purificación de escape. En este caso, el catalizador 46 de purificación de escape, por ejemplo, se vuelve más fuerte en la intensidad de oxidación si aumenta la cantidad portada del metal 51 precioso y se vuelve más fuerte en la intensidad de oxidación si fortalece la acidez. Por lo tanto, la intensidad de oxidación del catalizador 46 de purificación de escape cambia debido a la cantidad portada del metal 51 precioso o de la intensidad de la acidez.
Ahora, si se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación fuerte, como se muestra en la FIG. 11, si se mantiene la relación (A/F)entrada de aire-combustible pobre mientras se baja de manera periódica la relación (A/F)entrada de aire-combustible, los hidrocarburos terminan convirtiéndose completamente oxidados cuando la relación (A/F)entrada de aire-combustible es reducida. Como resultado, el intermediario reductor ya no se puede producir. En oposición a esto, cuando se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación fuerte, como se muestra en la FIG. 10, si se hace la relación (A/F)entrada de airecombustible rica de manera periódica, cuando la relación (A/F)entrada de aire-combustible se hace rica, los hidrocarburos serán parcialmente oxidados, sin estar completamente oxidados, esto es, los hidrocarburos serán reformados, en consecuencia el intermediario reductor será producido. Por lo tanto, cuando se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación fuerte, la relación X de aire-combustible mínima demandada tiene que hacerse rica.
Por otro lado, cuando se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación débil, como se muestra en la FIG. 11, si se mantiene la relación (A/F)entrada de aire-combustible pobre mientras que se baja de manera periódica la relación (A/F)entrada de aire-combustible, los hidrocarburos serán oxidados de manera parcial sin ser oxidados completamente, esto es, los hidrocarburos serán reformados y en consecuencia los intermediarios reductores serán producidos. En oposición a esto, cuando se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación débil, como se muestra en la FIG. 10, si se hace la relación (A/F)entrada de aire-combustible periódicamente rica, una gran cantidad de hidrocarburos escaparán del catalizador 46 de purificación de escape sin ser oxidados y en consecuencia la cantidad de hidrocarburos consumida de manera desperdiciada aumentará. Por lo tanto, cuando se usa un catalizador 46 de purificación de escape con una intensidad de oxidación débil, la relación X de aire-combustible mínima demandada tiene que hacerse pobre.
Esto es, se comprenderá que la relación X de aire-combustible mínima demandada, como se muestra en la FIG. 12, tiene que ser reducida cuanto más fuerte se vuelva la intensidad de oxidación del catalizador 46 de purificación de escape. De este modo, la relación X de aire-combustible mínima demandada se vuelve pobre o se vuelve rica mediante la intensidad de oxidación del catalizador 46 de purificación de escape, pero a continuación el caso donde la relación X de aire-combustible mínima demandada es rica será usado como un ejemplo para explicar la amplitud del cambio de la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape o el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape.
Ahora, si la relación (A/F)b de aire-combustible se vuelve más grande, esto es, si la concentración de oxígeno en el gas de escape antes de que los hidrocarburos sean alimentados se vuelve más alta, la cantidad de alimentación de hidrocarburos requerida para hacer que la relación (A/F)entrada de aire-combustible la relación X de airecombustible mínima demandada o menos aumenta y junto a esto la cantidad exceso de hidrocarburos que no contribuyeron a la producción del intermediario reductor también aumenta. En este caso, para eliminar bien el NOx, como se explicó anteriormente, es necesario hacer que el exceso de hidrocarburos se oxide. Por lo tanto, para eliminar el NOx bien, cuanto más grande sea la cantidad de hidrocarburos de exceso, mayor será la cantidad de oxigeno requerido.
En este caso, si se eleva la concentración de oxígeno en el gas de escape, la cantidad de oxígeno puede ser aumentada. Por lo tanto, para eliminar el NOx bien, cuando la concentración de oxígeno en el gas de escape antes de que se alimenten los hidrocarburos es alta, es necesario elevar la concentración de oxígeno en el gas de escape después de alimentar los hidrocarburos. Esto es, cuanto más alta sea la concentración de oxígeno en el gas de escape antes de que se alimente los hidrocarburos, mayor tendrá que hacerse la amplitud de la concentración de hidrocarburo.
La FIG. 13 muestra la relación entre la concentración de oxígeno en el gas de escape antes de que los hidrocarburos sean alimentados y la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo cuando la misma tasa de purificación de NOx es obtenida. Para obtener la misma tasa de purificación de NOx de la FIG. 13, se aprende que cuanto mayor sea la concentración de oxigeno en el gas de escape antes de que los hidrocarburos sean alimentados, mayor tendrá que hacerse la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo. Esto es, para obtener la misma tasa de purificación de NOx, cuanto mayor será la relación (A/F)b de aire-combustible base, más grande ha de hacerse la amplitud AT de la concentración de hidrocarburo. En otras palabras, para eliminar el NOx bien, cuanto más baja sea la relación (A/F)b de aire-combustible, más se puede reducir la amplitud AT de la concentración de hidrocarburo.
A este respecto, la relación (A/F)b de aire-combustible base se vuelve la más baja en el momento de una operación de aceleración. En este momento, si la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo es sobre 200 ppm, es posible eliminar el NOx bien. La relación (A/F)b de aire-combustible base es normalmente más grande que el tiempo de la operación de aceleración. Por lo tanto, como se muestra en la FIG. 14, si la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo es 200 ppm o más, una tasa de purificación de NOx excelente puede ser obtenida.
Por otro lado, se entenderá que cuando la relación (A/F)b de aire-combustible base es la más alta, si se hace la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo de 10000 ppm más o menos, se obtiene una buena tasa de purificación de NOx. Si la amplitud AH de la concentración de hidrocarburo excede de 10000 ppm existe el peligro de que el nuevo método de purificación de NOx mostrado en la FIG. 4 a las FIG. 6A y 6B no será ya capaz de ser bien realizado. Por lo tanto, en la presente invención, el intervalo predeterminado de la amplitud de la concentración de hidrocarburo se hace de 200 ppm a 10000 ppm
Además, si el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo se vuelve más largo, la concentración de oxígeno alrededor del NO2* activo se vuelve más alta en el tiempo después de que los hidrocarburos sean alimentados hasta cuando los hidrocarburos vuelven a ser alimentados. En este caso, si el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo se vuelve más largo que unos 5 segundos, el NO2* activo comienza a ser absorbido en la forma de nitratos dentro de la capa 53 básica. Por lo tanto, como se muestra en la FIG. 15, si el periodo AT de vibración en la concentración de hidrocarburo se vuelve más largo que unos 5 segundos, la tasa de purificación de NOx cae. Por lo tanto, el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo tiene que hacerse de 5 segundos o menos.
Por otro lado, si el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo se vuelve de unos 0,3 segundos o menos, los hidrocarburos de alimentación empiezan a construir en la superficie de flujo del gas de escape del catalizador 46 de purificación de escape, por lo tanto, como se muestra en la FIG. 15, si el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo se vuelve de unos 0,3 segundos o menos, la tasa de purificación de NOx cae. Por lo tanto, en la presente invención, el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo se hace desde 0,3 segundos a 5 segundos.
Ahora, en una realización de la presente invención, cambiando la cantidad de inyección y la temporización de la inyección de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos, la amplitud AH y el periodo AT de vibración de la concentración de hidrocarburo son controladas a los valores óptimos según el estado de operación del motor. En este caso, la cantidad W de inyección de hidrocarburos que permite un cambio en la concentración óptima de hidrocarburo según el estado de operación del motor cambia según el estado de operación del motor. En esta realización según la presente invención, la cantidad de inyección de hidrocarburos W es almacenada como una función del esfuerzo de torsión TQ del motor y la velocidad N del motor en la forma de un mapa tal como se muestra en la FIG. 16 de antemano en la ROM 32.
Ahora, el catalizador 46 de purificación de escape no realiza una acción de purificación de NOx mediante el nuevo método de purificación de NOx hasta aquí a menos que el catalizador 46 sea activado. Por lo tanto, en esta relación según la presente invención, antes de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado, la alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos es parada. Cuando el catalizador 46 de purificación de escape es activado, la alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos es iniciada y el nuevo método de purificación de NOx es usado para la acción de purificación de NOx.
A este respecto, como se explicó anteriormente, si se aumenta el periodo de alimentación de los hidrocarburos, el NOx en el gas de escape es almacenado en la forma de nitratos en la capa 53 básica. Por lo tanto, aun cuando la alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos esté parada tal como antes de la activación del catalizador 46 de purificación de escape, el NOx en el gas de escape es almacenado en la forma de nitratos en la capa 53 básica. Sin embargo, cuando el catalizador 46 de purificación de escape no es activado, la acción de almacenamiento del NOx tampoco se realiza de manera activa. Por lo tanto, en este momento, la mayoría del NOx que está contenido en el gas de escape es descargado a la atmósfera sin ser almacenado en el catalizador 46 de purificación de escape.
De este modo, como un método para evitar que el NOx se deje escapar a la atmósfera, se puede considerar disponer un catalizador de absorción de NOx que pueda adsorber el NOx contenido en el gas de escape en el lado ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape o en el lado descendente. La cantidad de NOx que este catalizador de absorción de NOx puede absorber hablando de manera general tiene una característica tal como la mostrada por la línea continua en la FIG. 17 con respecto a la temperatura TB del catalizador de absorción de NOx. Esto es, la cantidad de NOx que el catalizador de absorción de NOx puede absorber aumenta si la temperatura TB del catalizador de absorción de NOx se vuelve más baja. Además, el catalizador de absorción de NOx tiene una temperatura máxima TB0 en la cual el NOx puede ser adsorbido. Si la temperatura TB del catalizador de absorción del NOx excede esta temperatura TB0 máxima, el catalizador de absorción de NOx puede pronto ya no adsorber más NOx.
De este modo, el catalizador de absorción de NOx puede adsorber una gran cantidad de NOx cuando la temperatura TB del catalizador es baja. Por lo tanto, si se dispone el catalizador de absorción de NOx en el lado ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape, parecería que el NOx contenido en el gas de escape podría ser adsorbido en el catalizador de absorción de NOx antes de que el catalizador 46 de purificación de escape se active. Sin embargo, si se dispone un catalizador de absorción de NOx en el lado ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape, los hidrocarburos con punto de ebullición alto con gran número de carbono contenido en el gas de escape se pegarán a la superficie del catalizador de absorción de NOx, esto es, ocurrirá el envenenamiento de HC, por lo tanto, el NOx terminará siendo incapaz de ser adsorbido. Por lo tanto, no es posible disponer un catalizador de absorción de NOx en el lado ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape.
Por otro lado, en un catalizador de absorción de NOx, como se entenderá de la FIG. 17, hablando de manera general, si la temperatura TB del catalizador aumenta, la cantidad de NOx que puede ser adsorbida disminuye. Por lo tanto, si la temperatura TB del catalizador aumenta, el NOx que ahora no es capaz de ser adsorbido es desorbido del catalizador de absorción de NOx. Sin embargo, si se dispone un catalizador de absorción de NOx en el lado descendente del catalizador 13 de tratamiento de escape, no habrían medios para reducir el NOx que es desorbido del catalizador 46 de purificación de escape. Por lo tanto, en este caso, el NOx desorbido se escapará a la atmósfera. Por lo tanto, un catalizador de absorción de NOx no puede ser dispuesto en el lado descendente del catalizador 13 de tratamiento de escape.
Por lo tanto, en la presente invención, la capa 47 de abrigo inferior del catalizador 13 de tratamiento de escape está formada a partir de un catalizador de absorción de NOx. Esta capa 47 de abrigo inferior también está compuesta de un agregado de polvo. La FIG. 18 muestra de manera esquemática la parte de la superficie de la portadora del catalizador del polvo que forma este catalizador 47 de absorción de NOx. Como se muestra en la FIG. 18, en este catalizador 46 de absorción de NOx, por ejemplo, plata Ag, cobre Cu, hierro Fe, u otro catalizador 56 de metal base es portado en una portadora 55 de catalizador hecha de alúmina. Observe que, en la realización mostrada en la FIG.
18, este catalizador 56 de metal base está compuesto de plata Ag. Además, como se entenderá de la FIG. 18, la portadora 55 de catalizador no porta ningún catalizador de metal precioso.
Este catalizador 46 de absorción de NOx también tiene la función de adsorber NOx en una temperatura baja. Por lo tanto, antes de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado, el NO contenido en el gas de escape es adsorbido como NO o en la forma de NO2 tras ser oxidado en el catalizador 56 y adsorbido en el catalizador 56 o en la portadora 55 de catalizador. Esto es, en este momento, los hidrocarburos HC que están contenidos en el gas de escape, como se muestran en la FIG. 19A, se pegan a la capa 46 de abrigo superior que cubre el catalizador 47 de absorción de NOx, esto es, el catalizador 46 de purificación de escape. Esto es, los hidrocarburos HC son capturados pro la capa 46 de abrigo superior. Por lo tanto, el catalizador 47 de absorción de NOx no está sujeto más al envenenamiento de HC, por lo tanto en este momento, el NO que está contenido en el gas de escape es adsorbido bien en la forma de NO o NO2 dentro del catalizador 47 de absorción de NOx.
Por otro lado, alrededor de cuando el catalizador 46 de purificación de escape se vuelve activo, preferiblemente después de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado, el NO o NO2 , esto es, el NOx que es adsorbido en el catalizador 47 de absorción de NOx es desorbido del catalizador 47 de absorción de NOx. Este NOx desorbido, como se muestra en la FIG. 19B, se difunde en el catalizador 46 de purificación de escape. En este momento, el catalizador 46 de purificación de escape mantiene el intermediario reductor producido. El NOx que es desorbido del catalizador 47 de absorción de NOx reacciona con el intermediario reductor y se convierte en N2, CO2, y H2O.
En este caso, el NOx que ha sido desorbido del catalizador 47 de absorción de NOx se encuentra con el intermediario reductor casi con un 100% de probabilidad, así que el NOx desorbido es reducido casi completamente. Por lo tanto, casi no hay peligro de que el NOx que fue desorbido del catalizador 47 de absorción de NOx se escape a la atmósfera. Observe que los hidrocarburos HC que fueron capturados por el catalizador 46 de purificación de escape son oxidados en el catalizador 47 de purificación de escape o son usados para producir el intermediario reductor.
De este modo, en la presente invención, un catalizador 13 de tratamiento de escape es dispuesto dentro de un pasaje de escape del motor, una capa de abrigo compuesta de al menos dos capas de una capa 46 de abrigo superior y un capa 47 de abrigo inferior es formada en un substrato 45 del catalizador 13 de tratamiento de escape, la capa 46 de abrigo superior está compuesta de un catalizador de purificación de escape para reaccionar el NOx contenido en el gas de escape y reformar hidrocarburos, un catalizador 51, 52 de metal precioso es portado en una superficie de flujo del gas de escape del catalizador 46 de purificación de escape y una parte 54 de la superficie de flujo del gas de escape básico es formada alrededor del catalizador 51, 52 de metal precioso, el catalizador 46 de purificación de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en el gas de escape si la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape se hace vibrar dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo y tiene la propiedad de ser aumentado en cantidad de almacenamiento de NOx que es contenido en el gas de escape si un periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo se hace más largo que el intervalo predeterminado, la capa 47 de abrigo inferior está compuesta de un catalizador de absorción de NOx que adsorbe NOx contenido en el gas de escape y desorbe el NOx adsorbido si la temperatura aumenta, en el momento de la operación del motor, la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape se hace para vibrar dentro del intervalo predeterminado de amplitud y dentro del intervalo predeterminado de periodo y, de este modo, el NOx contenido en el gas de escape y el NOx desorbido del catalizador de absorción de NOx son reducidos.
En este caso, en la presente invención, el tratamiento de reducción de NOx que hace que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador 13 de tratamiento de escape vibre para reducir el NOx es iniciada después de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado y el NOx contenido en el gas de escape es adsorbido en el catalizador 47 de absorción de NOx antes de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado. La FIG. 20 muestra la rutina para controlar la alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos.
En referencia a la FIG. 20, primero, en el paso 60, la temperatura del catalizador 13 de tratamiento de escape, esto es, la temperatura TC del catalizador 46 de purificación de escape, es estimada a partir de la señal de salida del sensor 23 de temperatura. A continuación, en el paso 61, se juzga si la temperatura TC del catalizador 46 de purificación de escape excede la temperatura TC0 de activación predeterminada mostrada en la FIG. 5. Cuando TC<TCü, esto es, cuando el catalizador 46 de purificación de escape no está activado, el ciclo de procesamiento termina. En este momento, la alimentación de hidrocarburos desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos se para.
En oposición a esto, cuando se juzga en el paso 61 que TO TC 0, esto es, cuando el catalizador 46 de purificación de escape es activado, la rutina procede al paso 62 donde la cantidad W de inyección de hidrocarburos es calculada a partir del mapa mostrado en la FIG. 16. A continuación, en el paso 63, los hidrocarburos de la cantidad W de inyección calculada es inyectada desde la válvula 15 de alimentación de hidrocarburos en los intervalos de tiempo predeterminados, por ejemplo, cada 3 segundos.
Observe que, para reducir bien el NOx que es desorbido del catalizador 67 de absorción de NOx, es preferible que el catalizador 46 de purificación de escape se active cuando desorbe NOx del catalizador 67 de absorción de NOx. Esto es, es preferible que la temperatura TB0 máxima en la cual el catalizador 47 de absorción de NOx puede adsorber NOx mostrado en la FIG. 17 sea mayor que la temperatura TC0 de activación del catalizador 46 de purificación de escape. Por lo tanto, en esta realización según la presente invención, el catalizador 47 de absorción de NOx es formado de forma que la temperatura TB0 máxima del catalizador 47 de absorción de NOx se vuelve más alta que la temperatura TC0 de activación del catalizador 46 de purificación de escape. En este caso, por ejemplo, mediante la adición de algún metal alcalino, metal de tierra alcalina, o cerio CeO2 al catalizador 47 de absorción de NOx, es posible elevar la temperatura TB0 máxima del catalizador 46 de absorción de NOx.
Observe que si una reacción de oxidación activa ocurre en el catalizador 46 de absorción de NOx antes de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado, el calor de la reacción de oxidación causará que el catalizador 46 de absorción de NOx aumente en temperatura. Como resultado, existe el peligro de que una gran cantidad de NOx sea desorbida del catalizador 46 de absorción de NOx. Por lo tanto, en esta realización según la presente invención, para evitar que una reacción de oxidación activa ocurra dentro del catalizador 46 de absorción de NOx, como se explicó anteriormente, al catalizador 46 de absorción de NOx se le impide incluir cualquier metal precioso. La FIG. 21 muestra otra realización del catalizador 13 de tratamiento de escape. En esta realización, para evitar que la temperatura del catalizador 47 de absorción de NOx se eleve cuando el catalizador 46 de purificación de escape no está activado, una capa 48 aislante de calor se forma entre la capa 46 de abrigo superior y la capa 47 de abrigo inferior. Esto es, si se proporciona tal capa 48 aislante de calor, cuando el catalizador 46 de purificación de escape inicia la activación y la temperatura aumenta, el aumento de temperatura del catalizador 47 de absorción de NOx es suprimido, por lo tanto es posible hacer que el NOx desorbe del catalizador 47 de absorción de NOx después de que el catalizador 46 de purificación de escape sea activado. Observe que, esta capa 46 aislante de calor puede estar formada de carburo de silicio SiC o alúmina A^O3.
Las FIG. 22 y FIG. 23 muestran una realización diseñada para bloquear el catalizador 47 de absorción de NOx de envenenamiento de HC y de este modo habilitar el catalizador 47 de absorción de NOx para realizar una buena acción de adsorción de NOx. Esto es, en la realización mostrada en la FIG. 22, entre la capa 46 de abrigo superior y la capa 47 de abrigo inferior, una capa 49 de captura de HC compuesta de, por ejemplo, zeolita, es formada. En esta realización, los hidrocarburos que se dirigen desde la capa 46 de abrigo superior a la capa 47 de abrigo inferior son capturados dentro de la capa 49 de captura de HC, por lo tanto el catalizador 47 de almacenamiento de NOx es bloqueado de envenenamiento de HC.
En la realización mostrada en la FIG. 23, un polvo de por ejemplo zeolita que tiene la habilidad de capturar HC es mezclado dentro de la capa 46 de abrigo superior. Esto es, en esta realización, la capa 46 de abrigo superior tiene una función de captura de HC. Debido a esta función de captura de HC, el catalizador 47 de absorción de NOx es bloqueado de envenenamiento de HC. Observe que, en la realización mostrada en la FIG. 21, a una o ambas capas 46 de abrigo superior y capa 48 aislante de calor se les puede dar la función de captura de HC.
Además, como otra realización, es también posible disponer un catalizador de oxidación ascendente del catalizador 13 de tratamiento de escape dentro del pasaje de escape del motor para reformar los hidrocarburos.
Lista de señales de referencia
4 colector de admisión
5 colector de escape
7 turbocompresor de escape
12 tubería de escape
13 catalizador de tratamiento de escape
14 filtro de partículas
15 válvula de alimentación de hidrocarburo
45 substrato
46 catalizador de purificación de escape
47 catalizador de absorción de NOx
50 portadora de catalizador
catalizador de metal precioso
53 capa básica
55 portadora de catalizador
56 catalizador de metal precioso

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna en el cual un catalizador (13) de tratamiento de escape es dispuesto dentro de un pasaje de escape del motor, una capa de abrigo compuesta de al menos dos capas de una capa (46) de abrigo superior y una capa (47) de abrigo inferior es formada en un substrato (45) del catalizador (13) de tratamiento de escape, la capa (46) de abrigo superior está compuesta de un catalizador (46) de purificación de escape para reaccionar el NOx contenido en el gas de escape y reformar hidrocarburos, un catalizador (51, 52) de metal precioso es portado en una superficie de flujo de gas de escape del catalizador (46) de purificación de escape y una parte (54) de la superficie del flujo del gas de escape básica es formada alrededor del catalizador (51, 52) de metal precioso, el catalizador (46) de purificación de escape que reduce el NOx que está contenido en el gas de escape si causa vibración de una concentración de hidrocarburo que fluyen en el catalizador (13) de tratamiento de escape dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo y que aumente en cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en el gas de escape si alargar el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo más de un intervalo predeterminado, la capa (47) de abrigo inferior está compuesta de un catalizador (47) de absorción de NOx que adsorbe NOx contenido en el gas de escape y desorbe el NOx adsorbido si la temperatura aumenta, en el momento de la operación del motor, la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador (13) de tratamiento de escape se hace vibrar dentro de dicho intervalo predeterminado de amplitud y dentro de dicho intervalo predeterminado de periodo y, de este modo, el NOx contenido en el gas de escape y NOx desorbido del catalizador (47) de absorción de NOx son reducidos, donde dentro de dicho catalizador (46) de purificación de escape, el NOx contenido en gas de escape e hidrocarburos reformados son reaccionados por lo cual un intermediario reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos es producido, caracterizado en que dicho periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo es un periodo de vibración necesario para la producción continua del intermediario reductor, donde dicho periodo de vibración de la concentración de hidrocarburo es 0,3 segundos hasta 5 segundos.
2. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde dicho tratamiento de reducción de NOx que hace que la concentración de hidrocarburo que fluye en el catalizador (13) de tratamiento de escape vibrar para reducir el NOx es iniciada después de que dicho catalizador (46) de purificación de escape sea activado y donde el NOx contenido en el gas de escape es adsorbido en el catalizador (47) de absorción de NOx antes de que dicho catalizador (46) de purificación de escape sea activado.
3. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 2, donde el catalizador (47) de absorción de NOx tiene una temperatura máxima en la cual puede adsorber NOx y donde el catalizador (47) de absorción de NOx está formado de forma que la temperatura máxima de dicho catalizador (47) de absorción de NOx se vuelve más alta que una temperatura de activación del catalizador (46) de purificación de escape.
4. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde dicho intervalo predeterminado de amplitud de concentración de hidrocarburo es 200 ppm a 10000 ppm.
5. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde una capa (53) básica que contiene un metal alcalino, un metal de tierra alcalina, una tierra rara, o un metal que puede donar electrones al NOx es formado en la superficie de flujo del gas de escape del catalizador (46) de purificación de escape y donde la superficie de dicha capa (53) básica forma dicha parte (54) de la superficie de flujo del gas de escape.
6. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde dichos catalizadores (51, 52) de metal precioso están compuestos de platino Pt y al menos uno entre rodio Rh y paladio Pd y donde dicho catalizador (47) de absorción de NOx no contiene un catalizador de metal precioso.
7. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde una capa (48) aislante de calor es formada entre la capa (46) de abrigo superior y la capa (47) de abrigo inferior.
8. Método de purificación de NOx de un sistema de purificación de escape de un motor de combustión interna como se reivindica en la reivindicación 1, donde una capa (49) de captura de HC es formada entre la capa (46) de abrigo superior y la capa (47) de abrigo inferior o una función de captura de HC es dada a la capa (46) de abrigo superior.
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