ES2879986T3 - Motor de combustión de carga estratificada - Google Patents

Motor de combustión de carga estratificada Download PDF

Info

Publication number
ES2879986T3
ES2879986T3 ES15808456T ES15808456T ES2879986T3 ES 2879986 T3 ES2879986 T3 ES 2879986T3 ES 15808456 T ES15808456 T ES 15808456T ES 15808456 T ES15808456 T ES 15808456T ES 2879986 T3 ES2879986 T3 ES 2879986T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
coating
carbon
cerium
oxides
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES15808456T
Other languages
English (en)
Inventor
Dominique Bosteels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mcearth Holdings Ltd
Original Assignee
Mcearth Holdings Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mcearth Holdings Ltd filed Critical Mcearth Holdings Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2879986T3 publication Critical patent/ES2879986T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02—Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B01J37/0225—Coating of metal substrates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/02—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with positive ignition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2061—Yttrium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2063—Lanthanum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2065—Cerium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2066—Praseodymium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2068—Neodymium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20715—Zirconium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/70—Non-metallic catalysts, additives or dopants
    • B01D2255/702—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37—Lanthanides
    • B01J2523/3706—Lanthanum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37—Lanthanides
    • B01J2523/3712—Cerium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37—Lanthanides
    • B01J2523/3718—Praseodymium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • B01J2523/30—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts of Group III (IIIA or IIIB) of the Periodic Table
    • B01J2523/37—Lanthanides
    • B01J2523/3725—Neodymium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Motor de combustión de carga, como mínimo, parcialmente estratificada, en el que la combustión de un combustible que contiene hidrocarburos que genera una llama que emite fotones se realiza en una cámara con una pared provista de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, comprendiendo dicho revestimiento, como mínimo, óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, mediante el cual dicho revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono con los óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, está adaptado para controlar la formación de especies H+ sobre la pared de la cámara, mientras se controlan las reacciones de ramificación de hidrógeno catalizando la utilización de átomos de oxígeno de los óxidos de Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr para reaccionar con hidrógeno H2 para la formación de H2O sobre la pared de la cámara, en la que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados respectivamente como los siguientes óxidos CeO2, Pr6O11, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene cerio-carbono, con respecto al peso total de dichos metales expresado como óxidos, es: Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %, Pr (como Pr6O11): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 % La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 % Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 % Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 % Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %

Description

DESCRIPCIÓN
Motor de combustión de carga estratificada
Características de la invención
La presente invención se refiere a un motor de combustión de carga, como mínimo, parcialmente estratificada (tal como, como mínimo, parcialmente estratificada dual), especialmente CAI (encendido asistido por combustión, del inglés combustión assisted ignition), motor HCC, HCSI y HCCI, en el que la combustión de un combustible que contiene hidrocarburos que genera una llama que emite un fotón se realiza en una cámara con una pared provista de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, comprendiendo, además, dicho revestimiento, como mínimo, óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr. El motor de la presente invención permite una reducción catalítica de la tasa de escape de NOx.
Estado de la técnica anterior
La combustión de combustible puede realizarse en una combustión fría o una combustión caliente, haciendo reaccionar un combustible con oxígeno o un medio que contiene oxígeno, comprendiendo dicha reacción una reacción de oxidación, así como una reacción de reducción.
La eficiencia del combustible es hoy en día más problemática, debido a la contaminación y los problemas de salud que genera dicha contaminación.
La eficiencia del combustible para motores (tales como motores de combustión interna, motores de combustión externa, con o sin turbo, EGR, etc., posiblemente tales como motores híbridos), especialmente para vehículos de carretera (tales como automóviles y camiones, así como bicicletas), barcos, trenes, aparatos voladores (tales como aviones), que se había considerado como sustancialmente completa por los ingenieros mecánicos, es cada vez más cuestionada, ya que las cifras de eficiencia asumidas no corresponden a las cifras actuales alcanzadas por el usuario final, por ejemplo, para automóviles y camiones con, además, tasas de escape de CO y NOx superiores a las previstas, así como tasas de escape de CO2 más elevadas.
El sistema propuesto para mejorar la eficiencia comprende, por ejemplo, un sistema que permite la inyección directa, de la manera más particular, la inyección directa continua o intermitente controlada, en lugar de la admisión de combustible a través del colector de admisión de aire o a través de un tubo de toma de combustible.
Tal como se describe en la Patente US8347613, los motores de inyección directa (DI, del inglés direct injection) pueden producir más hollín que los motores de inyección de combustible en puerto, en parte debido a la propagación difusa de la llama. Como consecuencia de la propagación difusa de la llama, es posible que el combustible no se mezcle adecuadamente con el aire antes de la combustión, lo que da como resultado bolsas de combustión rica que generan hollín. Además, los motores DI pueden ser susceptibles de generar hollín durante condiciones de alta carga y/o alta velocidad cuando hay una falta de mezcla suficiente de aire y combustible.
Para resolver este problema de partículas, se ha propuesto aplicar filtros de partículas a motores DI, motores de encendido por chispa o motores de encendido por compresión, lo que genera el problema de las etapas regulares de regeneración del filtro, durante las cuales es difícil mantener un control de emisiones preciso durante la regeneración del filtro de partículas en un motor DI de encendido por chispa. Sin embargo, dicho filtro reduce la eficiencia del motor, ya que genera una caída de presión en el filtro de escape. Debido al elevado volumen de partículas pequeñas y hollín, el filtro se obstruye rápidamente, como mínimo, parcialmente. El hollín también generará otros problemas con respecto a los sistemas de reciclaje de gas (EGR, del inglés exhaust gas recycling), que también se obstruirán. Para resolver dicho problema de obstrucción por partículas del filtro, la Patente US8347613 sugiere generar aire comprimido y empujar dicho aire comprimido a través del filtro de partículas, lo que significa que, de este modo, las partículas pequeñas se liberan de nuevo a la atmósfera.
También se ha propuesto la combustión de carga homogénea para aumentar la eficiencia del combustible. Por lo tanto, cada vez más investigaciones se refieren a sistemas para garantizar CAI, HCC, especialmente HCCI y HCSI. Por ejemplo, la Patente US7290522 (Prof. Heywood et al) se refiere a un motor de encendido por compresión de carga homogénea (HCCI, del inglés homogeneous charge compression ignition). Tal como afirmó el profesor Heywood del MIT, la utilización de la combustión HCCI garantiza una eficiencia elevada del motor con emisiones extremadamente bajas de NOx, CO y partículas.
El profesor Heywood enseña la utilización de hidrógeno e hidrógeno mezclado con CO para mejorar la resistencia a las detonaciones y, de este modo, la resistencia a la autoignición, es decir, la autoignición generada a temperaturas y presiones más elevadas.
De este modo, esto bien significa que, para un experto en la química de la combustión de combustible en un motor, la eficiencia de la combustión aún puede mejorarse, además con una reducción de las emisiones de NOx, CO y partículas.
La admisión de hidrógeno, mezclado posiblemente con CO en una cámara de combustión no es fácil y conlleva varios problemas técnicos, tales como el almacenamiento de hidrógeno.
A efectos de mejorar la eficiencia de la combustión de combustible, el inventor de la presente invención ya ha propuesto realizar la combustión del combustible en presencia de un catalizador heterogéneo que comprende algo de cerio y carbono. Por ejemplo, se puede hacer referencia a las Patentes WO2006017915, US7482303, US7188470, EP1590555B1 yUS7723257.
La Patente US2005/163691 da a conocer un soporte de aluminio catalítico provisto de un revestimiento de óxido de cerio-carbono que comprende los siguientes óxidos metálicos:
Ce (como CeO2): 29,5 %,
Pr (como P^O-i-i): 8 %
La (como La2O3): 0,9 %
Nd (como Nd2O3): 8 %
Zr (como ZrO2): el resto (es decir, el 53,6 %)
La presente invención utiliza un sistema catalítico heterogéneo que comprende metales de tierras raras. Los problemas asociados con el sistema catalítico heterogéneo son, entre otros, la vida útil limitada del catalizador, la eficiencia de trabajo variable en función de las condiciones de reacción, etc.
La experiencia y las búsquedas posteriores realizadas por el inventor de la presente invención han demostrado que el catalizador aún se podría mejorar, con fines de eficiencia de combustible durante un largo período de tiempo, así como para condiciones de trabajo variables. El nuevo catalizador de la presente invención permite también un control más fácil del funcionamiento del motor, mientras está sometido a variación de carga o velocidad. El sistema de la presente invención es, de este modo, un sistema híbrido o bifuncional dinámico que combina óxidos de metales de tierras raras y óxidos de metales de tierras no raras, junto con partículas de carbono. El sistema de la presente invención utiliza un revestimiento catalítico que tiene una buena resistencia térmica, una buena longevidad catalítica, una buena resistencia a las vibraciones, a las variaciones de presión. Parece que algunos elementos metálicos del revestimiento de catalizador están sinterizados con la superficie metálica de la cámara de combustión (por ejemplo, con la aleación de aluminio de la cámara de combustión). Se observó que la eficiencia o el trabajo catalítico se consiguió desde baja temperatura (tal como una temperatura de menos de 300 °C) hasta alta temperatura (tal como una temperatura superior a 700 °C, o incluso superior a 900 °C). Se observó que los revestimientos catalíticos de la presente invención eran adecuados para catalizar reacciones redox sobre el revestimiento catalítico poroso y dentro del mismo. También se observó que, debido al revestimiento de catalizador de la presente invención, se podía evitar algo de la extinción de la llama, tal como extinción de las paredes laterales y/o extinción del tubo (extinción del cilindro). También se observó que la corriente de ionización se conservaba mejor junto al revestimiento del catalizador. Sin ceñirse a ninguna teoría, se espera que el revestimiento de catalizador asegure dentro del volumen libre de la cámara de combustión una capa intermedia más gruesa entre el plasma de llama y el revestimiento de catalizador de la presente invención, con respecto a una cámara de combustión no provista con el revestimiento de catalizador. Sin ceñirse a ninguna teoría, se espera que el revestimiento de catalizador de la presente invención asegure un nivel de ionización más controlado, con pico de quimio ionización y pico de ionización térmica reducidos, incluso en presencia de un gran exceso de aire, tal como con un valor lambda de más que 1,4, o incluso 1,5. También parece que la temperatura de la cara de la pared de la cámara de combustión está menos sujeta a grandes variaciones, a pesar de la etapa de admisión y la etapa de escape, en particular en un motor de cuatro tiempos.
El control de la catálisis química se da a conocer en la Patente US7998538 (Instituto de Tecnología de California). Tal como se indica en dichos documentos, muchas reacciones catalíticas tienen un umbral de temperatura. Los procedimientos de la técnica anterior utilizan una fuente de calor macroscópica para proporcionar calor para estas reacciones y típicamente implican convección, conducción o radiación brutas. La dificultad de tener control de la temperatura de un catalizador, la vecindad del catalizador y/o el calor aplicado, tanto temporal como espacialmente es inherente a la utilización de estos procedimientos convencionales de calentamiento.
En una cámara de combustión de un motor actual, la reacción se realiza sustancialmente en el volumen de la cámara, sin catalizador heterogéneo. En el motor de la presente invención, la pared de la cámara de combustión está revestida con un revestimiento de catalizador, estando controlado el funcionamiento de dicho revestimiento de catalizador por interacciones fotón-electrón, teniendo dichas interacciones no solo un efecto localizado sobre la temperatura del revestimiento, sino también sobre la carga local de fotón-electrón del revestimiento para controlar la reacción de radicales locales sobre el revestimiento del catalizador.
Cuando se quema combustible, se emite una gran cantidad de energía de fotones y electrones. En un motor actual, dichos fotones-electrones no se utilizan con fines de eficiencia catalítica.
Descripción breve de la invención
La presente invención se refiere a un motor de combustión de carga, como mínimo, parcialmente estratificada, por ejemplo, combustión estratificada a lo largo de una superficie (tal como la superficie de la cabeza de la superficie del pistón) o a lo largo de varias superficies (tales como dos superficies opuestas, tales como la superficie de la cabeza y la superficie del pistón) tal como se reivindica en la reivindicación 1.
En el motor de la presente invención, la combustión de un combustible que contiene hidrocarburo que genera una llama que emite fotones se realiza en una cámara con una pared provista de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, estando adaptado dicho revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono para controlar la formación de especies H+ o [H'] sobre el revestimiento de la cámara que contiene óxido de cerio-carbono, mientras se controlan las reacciones de ramificación de hidrógeno catalizando la utilización de átomos de oxígeno de los óxidos de Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr para reaccionar con el hidrógeno H2 para la formación de H2O sobre la pared de la cámara.
El revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono tiene, de manera ventajosa, un espesor de menos de 100 |im, tal como menos de 70 |im, por ejemplo, un espesor de 10 a 70 |im.
El revestimiento que contiene carbono en la presente invención significa un revestimiento que comprende carbono de grafito, más preferentemente, tal como estructuras de grafeno bidimensional (tales como estructuras con un pico de intensidad Raman mayor entre 2.600 - 2.700 desplazamiento de Raman (1/cm) que el pico de intensidad Raman entre 1.500 - 1.700 desplazamiento de Raman (1/cm). El revestimiento que contiene carbono de la presente invención es, preferentemente, un revestimiento para el cual, como mínimo, el 30 % en peso del carbono está en forma de estructura de grafeno bidimensional, de manera ventajosa, mezclado con grafito que tiene la estructura de nanotubos (tales como nanotubos de carbono de pared simple, nanotubos de carbono de pared doble o nanotubos de carbono de pared múltiple) y/o fulereno y/o combinaciones de los mismos.
El revestimiento catalítico dado a conocer para la cámara de combustión del motor de la presente invención también se puede utilizar para otros fines, tales como para el tratamiento posterior de gases de escape, especialmente gases de escape que contienen combustible y/o partículas que contienen carbono. A continuación, el revestimiento de catalizador se soporta, de manera ventajosa, sobre un soporte que contiene aluminio, un soporte de aluminosilicato y/o un soporte de aluminofosfosilicato, tal como un soporte de tipo cordierita.
De manera ventajosa, el revestimiento de cerio-carbono está adaptado para capturar fotones emitidos por la llama con longitudes de onda de 6.500 a 7.500 A, de manera ventajosa, para capturar del 5 al 25 % de los fotones con longitudes de onda de 6.500 a 7.500 A emitidos por la llama que tiene una temperatura superior a 800 °C.
Según una realización ventajosa, el revestimiento de cerio-carbono está adaptado para asegurar una radiación de emisión de espectro amplificado de fotones, como mínimo, a una temperatura comprendida entre 500 y 800 °C, cubriendo dicho espectro, de manera ventajosa, sustancialmente todo el intervalo desde, aproximadamente, 4.000 A hasta 7.500 A (es decir, asegurando así la emisión de rayos en el intervalo violeta (longitud de onda desde 4.000 A hasta, aproximadamente, 4.500 A), en el intervalo azul (longitud de onda desde 4.500 A hasta 5.200 A), en el intervalo verde (desde, aproximadamente, 5.200 A hasta, aproximadamente, 5.700 A), en el intervalo amarillo (desde, aproximadamente, 5.700 A hasta, aproximadamente, 5.900 A), en el intervalo naranja (desde, aproximadamente, 5.900 A hasta 6.250 A) y en el intervalo rojo (desde, aproximadamente, 6.250 A hasta, aproximadamente, 7.500 A). La emisión se controla, de manera ventajosa, de modo que la emisión del revestimiento se produzca de forma sustancialmente continua desde, aproximadamente, 300 °C hasta, aproximadamente, 900 °C.
Preferentemente, el motor comprende, como mínimo, cuatro etapas sucesivas, es decir, una etapa de admisión para cargar la cámara de combustión con, como mínimo, oxígeno y nitrógeno, una etapa de compresión en la que se comprimen dichos, como mínimo, oxígeno y nitrógeno, una etapa de combustión en la cámara de combustión (que comprende, de manera ventajosa, como mínimo, en parte, una etapa de expansión), y una etapa de escape para la salida de los gases presentes en la cámara de combustión, por las que, como mínimo, durante una etapa seleccionada entre el grupo de la etapa de admisión y la etapa de compresión, el revestimiento de óxido de cerio-carbono que comprende óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, está adaptado para la absorción de átomos de oxígeno a una temperatura comprendida entre 100 y 400 °C.
Según una realización adicional, el revestimiento de óxido de cerio-carbono que comprende óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, está adaptado para la absorción de átomos de hidrógeno (especialmente en forma de especies de hidrógeno H), como mínimo, a una temperatura comprendida entre 300 y 700 °C. Se espera que se realice algo de craqueo del combustible a una temperatura por debajo de 500 °C y a una presión superior a 5105 Pa.
Según una realización, la presencia de óxidos de Pr, Nd, La, Y y Zr en el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono actúa, de manera ventajosa, como catalizador para la reacción del oxígeno almacenado en el revestimiento con hidrógeno H2 y/o especies de hidrógeno para la formación de agua, como mínimo, a una temperatura superior a 500 °C y una presión superior a 30105 Pa.
Las realizaciones ventajosas de la presente invención comprenden una o más de las siguientes características, de manera ventajosa, una pluralidad de las siguientes características:
- el revestimiento que contiene cerio-carbono es apropiado para que el combustible que contiene hidrocarburos se convierta en especies o moléculas que contienen carbono y en hidrógeno y especies de hidrógeno, como mínimo, a una temperatura superior a 500 °C y una presión superior a 20105 Pa.
- el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono comprende suficientes óxidos de Pr, Nd, La, Y y Zr, para que se reduzcan, como mínimo, en un 50 % molar, las moléculas de hidrógeno H2 que entran en contacto con el revestimiento que contiene cerio-carbono y se conviertan en especies de H libres y especies de OH libres, a una temperatura superior a 500 °C y una presión superior a 20105 Pa.
- el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono comprende suficientes óxidos de Pr, Nd, La, Y y Zr, para que se reduzca, como mínimo, en un 75 % molar, las moléculas de hidrógeno H2 que entran en contacto con el revestimiento que contiene cerio-carbono y se conviertan en especies de H libres y especies de OH libres, a una temperatura superior a 500 °C y una presión superior a 20105 Pa.
- el revestimiento que contiene cerio-carbono está adaptado, después de capturar el fotón emitido por la llama generada por la combustión del combustible que contiene carbono, para generar, como mínimo, adyacente al revestimiento que contiene cerio-carbono, espectros que cubren de manera sustancialmente continua todo el intervalo espectral desde, aproximadamente, 4.000 A hasta, aproximadamente, 7.500 A.
- el revestimiento que contiene cerio-carbono está adaptado para capturar los fotones emitidos por la llama generada por la combustión del combustible que contiene carbono, y/o, de manera ventajosa y, para generar, como mínimo, adyacente al revestimiento que contiene cerio-carbono, espectros que cubren de manera sustancialmente continua todo el intervalo espectral desde, aproximadamente, 4.000 A hasta, aproximadamente, 7.500 A.
- el revestimiento que contiene cerio-carbono está adaptado para controlar el número de fotones en la cámara de combustión durante, como mínimo, la combustión del combustible que contiene carbono, siendo dichos fotones, de manera ventajosa, una mezcla de fotones que cubren todo el intervalo espectral desde, aproximadamente, 4.000 A hasta, aproximadamente, 7.500 A.
- el revestimiento que contiene cerio-carbono comprende algo de aluminio, preferentemente, en su forma de óxido o hidróxido y/o en forma de aluminosilicato, por lo que el contenido de aluminio metálico del revestimiento de catalizador con respecto al contenido total en peso de metales del revestimiento de catalizador de los metales seleccionados entre Al, Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr está comprendido entre el 1 y el 10 %.
- el motor comprende cilindros que tienen una cara que contiene aluminio, especialmente una cara que contiene aluminosílice, estando dicha cara provista, como mínimo, parcialmente, con el revestimiento que contiene cerio-carbono.
- el revestimiento de catalizador comprende, además, óxido de aluminio y/o aluminosilicato.
- el revestimiento de catalizador tiene un espesor de menos de 500 nm, de manera ventajosa, menos de 300 nm. - el revestimiento de catalizador tiene la estructura de las partículas más grandes con un tamaño superior a 100 nm, con partículas con un tamaño inferior a 70 nm (preferentemente, menos de 30 nm) que se extienden dentro del vacío creado entre las partículas más grandes.
- el catalizador que contiene óxido de cerio-carbono es un catalizador que controla, como mínimo, la reacción de ramificación de la especie H' con O2 en dicho catalizador, así como controla la reacción de ramificación de la especie O' con H2 en dicho catalizador.
- el revestimiento de catalizador está sustancialmente libre o libre de Pd, Pt, Rh, Cu y combinaciones de los mismos. - como mínimo, el 50 % del carbono presente en el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono está en la forma de unidades de grafeno, posiblemente con algunas porciones superpuestas.
- el catalizador que contiene óxido de cerio-carbono está adaptado para controlar la formación de partículas de carbono en forma de grafito poroso, especialmente en forma de partículas de grafeno, dentro de la cámara de combustión, especialmente sobre el revestimiento del catalizador, y/o para reducir el escape de partículas de hollín de la cámara de combustión.
- el catalizador que contiene óxido de cerio-carbono está adaptado para emitir en función de la temperatura rayos con longitudes de onda en el intervalo violeta, rayos en el intervalo azul, rayos en el intervalo verde, rayos en el intervalo amarillo, así como rayos dentro del intervalo rojo.
- el catalizador que contiene óxido de cerio-carbono está adaptado para controlar la formación de partículas de carbono en forma de grafito poroso, especialmente en forma de partículas de grafeno, dentro de la cámara de combustión, especialmente sobre el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, y/o para reducir el escape de partículas de hollín de la cámara de combustión.
- el catalizador que contiene óxido de cerio-carbono está adaptado para emitir en función de la temperatura rayos con longitudes de onda en el intervalo violeta, rayos con longitudes de onda en el intervalo azul, rayos con longitudes de onda en el intervalo verde, rayos con longitudes de onda en el intervalo amarillo, así como rayos con longitudes de onda en el intervalo rojo.
- el motor es un motor de combustión de carga estratificada dual, como mínimo, parcialmente, que tiene, de manera ventajosa, dos superficies opuestas provistas del catalizador que contiene óxido de cerio-carbono, siendo dichas superficies opuestas preferentemente, superficies de cabeza de pistón o superficies de dos cabezas de pistón móviles opuestas.
- combinaciones de las mismas.
La presente invención se refiere también a un proceso de producción de energía mecánica mediante la combustión de un combustible en una atmósfera que contiene aire en la cámara o las cámaras de combustión de un motor de la presente invención, mediante el cual el revestimiento/catalizador que contiene óxido de cerio-carbono se somete a un ciclo que comprende, como mínimo, una etapa de eliminación de oxígeno de la atmósfera que contiene aire mediante captura del oxígeno en el catalizador, y una etapa de formación de vapor de agua al nivel del catalizador mediante la reacción de hidrógeno o especies de hidrógeno.
La presente invención se refiere, además, a un precursor de catalizador para un catalizador de un motor, según la presente invención, siendo dicho catalizador un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, tal como se da a conocer en la reivindicación 1,
en el que el precursor del catalizador es tal que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados como óxidos CeO2, P^On, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono con respecto al peso total de dichos metales expresados como óxidos son:
Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como P^O-n): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 a 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
De manera ventajosa, el precursor del catalizador comprende, además, óxido de aluminio y/o aluminosilicato y/o SiO2 y/o silano y/o aluminofosfosilicato.
Preferentemente, el precursor del catalizador está en forma de partículas con un tamaño de menos de 10 |im, de manera ventajosa, menos de 5 |im, preferentemente, menos de 200 nm.
La presente invención se refiere, además, a un soporte catalítico, que comprende, de manera ventajosa, aluminio, Ni, Co, etc., preferentemente, producido a partir de una aleación de aluminio, aleaciones de Ni-Co o Ni-CoAl, estando dicho soporte provisto de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono que comprende los óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, en el que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados como óxidos CeO2, Pr6On, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono con respecto al peso total de dichos metales expresados como óxidos son:
Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como Pr6On): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
El revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono tiene, de manera ventajosa, una o más de las características del revestimiento dadas a conocer en cualquiera de los motores de la presente invención, tales como las que se han dado a conocer en la presente memoria descriptiva anteriormente. De manera ventajosa, dicho soporte es poroso y/o flexible. Preferentemente, dicho soporte tiene la forma de una membrana porosa. De manera ventajosa, el soporte es adhesivo o parcialmente adhesivo.
Descripción breve del dibujo
La figura 1 es un gráfico comparativo de pruebas en banco de motores que muestra el par frente a las rpm para un motor de la presente invención, con respecto al mismo motor sin el revestimiento de catalizador.
Descripción de realizaciones preferentes
La presente invención es una mejora de la tecnología dada a conocer en las Patentes WO2006017915, US7482303, US7188470, EP1590555B1 y US7723257, cuyo contenido se incorpora en la presente memoria descriptiva como referencia.
La combustión de carga homogénea es, según el estado de la técnica, la forma de aumentar la eficiencia de combustible del motor del automóvil. Las compañías de automóviles han desarrollado entonces diversos sistemas con control por computadora. Sin embargo, todos dichos sistemas han mostrado sus límites, al no poder alcanzar correctamente los objetivos de consumo, emisión de partículas, etc.
La presente invención tiene por objeto un motor provisto de un catalizador heterogéneo que permite un control vivo de la combustión, incluso en caso de grandes variaciones de régimen.
La cámara de combustión del motor se ha revestido con un precursor de catalizador.
El precursor utilizado fue una mezcla de partículas a nanoescala, dispersas posiblemente en una cera o líquido, siendo la composición de dicha mezcla:
1. partículas primarias de nanocarbono con un tamaño de menos de 10 nm (posiblemente aglomeradas en una estructura con un tamaño de menos de 500 nm. Dichas partículas primarias de nanocarbono están presentes en la mezcla de precursores en una proporción del 10 al 50 % en peso, de manera ventajosa, del 15 al 30 % en peso, preferentemente, del 20 % en peso, aproximadamente. En lugar de utilizar nanopartículas de carbono como tales, se puede utilizar posiblemente una cera con nanopartículas de carbono. Las partículas de carbono comprenden, preferentemente, algunas partículas que forman una estructura de grafeno bidimensional, de la manera más particular, una estructura de grafeno de monocapa bidimensional.
2. una mezcla de partículas de óxidos metálicos, especialmente de nanopartículas (partículas con un tamaño de menos de 200 nm, preferentemente, como mínimo, parcialmente menos de 50 nm. Dicha mezcla de partículas metálicas comprende, de manera ventajosa, con respecto a la mezcla total de dichas partículas de óxidos metálicos (tal como % en peso):
Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como Pr6O11): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
Al (como AhO3): del 0 al 10 %, preferentemente, del 1 % al 5 %
Si (como SO2): del 0 al 10 %, preferentemente, del 0,5 al 5 % (dicho silicio puede estar en forma de tetraetoxisilano líquido o soluble, en un sistema disolvente, tal como metanol, etanol, etc.)
la mezcla de nanopartículas de óxido es, de manera ventajosa, una mezcla de nanopartículas de óxido con un tamaño promedio en peso de más de 100 nm y de nanopartículas de óxido con un tamaño promedio en peso de menos de 70 nm, estando comprendida la proporción en peso de nanopartículas de óxido con un tamaño promedio en peso superior a 100 nm / nanopartículas con un tamaño promedio en peso inferior a 70 nm entre 5:1 y 1:5, de manera ventajosa, entre 4:1 y 2:1.
3. posiblemente una cera o un sistema líquido, para permitir alguna adhesión de las partículas sobre la superficie a revestir, siendo dicha cera o líquido, preferentemente, moléculas que comprenden carbono e hidrógeno, así como preferentemente, átomos de oxígeno. La proporción en peso de cera/mezcla de partículas de óxido metálico es, de manera ventajosa, superior a 2, tal como comprendida entre 2,5 y 6.
El precursor se utilizó para revestir (por ejemplo, mediante aplicación con pincel, soplado, pulverización, etc.) la pared de las cámaras de combustión y las cabezas de los pistones del motor. El motor se fabricó en una aleación basada en aluminio. Después de dicho revestimiento, el motor se hizo funcionar con combustible durante 30 minutos. Después de dicho funcionamiento del motor, se eliminó el exceso de catalizador.
El revestimiento de catalizador tenía un espesor de menos de, aproximadamente, 70 nm, con partículas metálicas dispersas homogéneamente. Sobre la cara del tubo de los cilindros de combustión, sustancialmente no estaba presente catalizador o catalizador con un espesor muy pequeño.
A continuación, se probó el motor.
De este modo, se descubrieron las siguientes observaciones:
- estabilidad térmica elevada del catalizador
- estabilidad a presión elevada
- estabilidad al hidrógeno elevada
- funcionamiento del motor posible con diferentes números de cetano o números de octano
- alta conductividad iónica del revestimiento
- control posible del encendido a diferente relación de compresión, desde 6 hasta más de 15, tal como 20 o más, por ejemplo, 22;
- posibilidad de quemar, como mínimo, parcialmente, el carbono y el hidrógeno del combustible por separado, es decir, una gran parte del carbono del combustible en el volumen de la cámara (que comprende la zona de plasma adyacente al revestimiento o revestimientos del catalizador, es decir, en un entorno enriquecido con N2 con respecto al aire), y una gran parte del hidrógeno del combustible sobre el revestimiento o los revestimientos del catalizador o dentro de los mismos (es decir, en un ambiente rico en O2 o en un ambiente reducido en N2 con respecto al aire) - capacidad elevada de almacenamiento de oxígeno, con alta tasa de absorción y liberación de oxígeno
- capacidad elevada de almacenamiento de hidrógeno
- reducción posible del tamaño del filtro, debido a la menor emisión de partículas pequeñas, así como también reducción del tamaño del escape del catalizador de tres vías
- posibilidad de utilizar un filtro con un tamaño de poro grande.
- posibilidad de reducir la caída de presión en el escape, a nivel del filtro, así como a nivel del catalizador de tres vías - activación más rápida del catalizador de tres vías.
- funcionamiento estable del catalizador a lo largo del tiempo, por lo que se necesita menos rejuvenecimiento del catalizador
- funcionamiento posible del motor con un valor lambda superior a 1,3, tal como superior a 1,4, tal como de 1,4 a 1,3, tal como de 1,5 a 2,1.
- tratamiento posterior mejorado
- menos NOx
- contenido de HC bajo en los gases de escape
- menos escape de partículas de carbono (especialmente, no se escapan sustancialmente partículas de carbono de tamaño pequeño, tal como sustancialmente ninguna partícula de carbono con un tamaño de menos de 5 |im) - sin formación de hollín en la cámara de combustión
- sin depósitos de hollín en el tubo de escape
- escape elevado de vapor de agua.
- consumo menor de combustible
- mayor cantidad global de electrones libres en la cámara de combustión
- la combustión fue una combustión estratificada dual con dos superficies opuestas provistas con un revestimiento que contenía cerio-carbono.
El motor funcionaba con un sistema de inyección directa de combustible, así como, preferentemente, con una inyección directa de agua líquida (tal como microgotas) en la cámara de combustión, estos sistemas son, por ejemplo, sistemas tales como la gama de sistemas K-Jetronic de Bosch GmbH y WI (Water Injection) de Bosch GmbH. Las tecnologías de inyección de agua se dan a conocer en las Patentes US5174247, US6067964 y US6092514.
Se observaron los siguientes resultados: menor consumo de combustible, menor emisión de NOx, menor emisión de partículas pequeñas de carbono, mejor funcionamiento del motor (menos vibraciones), mejor funcionamiento del filtro y el sistema de tratamiento de los gases de escape, etc.
El motor era un motor con encendido por compresión. Se observó que era posible aumentar la relación de compresión antes del encendido en un motor de encendido por chispa, así como en un motor de encendido por compresión, con respecto a la relación de compresión de encendido que se utiliza actualmente. Además, se posibilitaba el encendido posible con una bujía dentro de un amplio intervalo de relaciones de compresión.
Dado que la caída de presión en el sistema convertidor de escape y el filtro se redujo con respecto a la caída de presión en el sistema de convertidor de escape y el filtro de los motores actuales, al tiempo que se garantizaba un nivel elevado de eliminación de partículas de carbono y/o la conversión de moléculas tóxicas de NOx, fue posible un mejor llenado de aire de la cámara de combustión con el motor de la presente invención. Además, cuando la válvula de admisión de aire y la válvula de escape están en posición abierta, el aire puede fluir más fácilmente a través de la cámara de combustión del motor de la presente invención, asegurando de esta manera una absorción de oxígeno por el revestimiento del catalizador, así como un enfriamiento de la cámara de combustión, e incluso una alta captación de gases de escape.
En vista de la menor caída de presión en el sistema convertidor de escape, los gases de escape se pueden utilizar mejor para hacer girar una turbina (para cualquier propósito), cuando sea necesario y/o para fines de EGR (reciclaje de gases de escape, del inglés exhaust gas recycling). Debido al bajo nivel de contenido de partículas de carbono, el EGR tiene un mejor rendimiento y el sistema EGR no está sujeto a problemas de obstrucción.
El motor también podría ser un motor con encendido por chispa o con otros medios para controlar el encendido. El motor también puede estar provisto con inyectores tipo Bosch para inyectar gotas o gotitas de agua y/o vapor de agua en la entrada de aire (antes y/o después de la válvula de mariposa de aire en el colector, y/o directamente dentro de la cámara de combustión).
De este modo, el revestimiento de catalizador de la presente invención se puede considerar como un sistema catalítico redox autosoportado, oxidante y reductor altamente coordinado, mediante el cual pueden variar o controlarse la oxidación selectiva y la reducción selectiva en función de la temperatura y la emisión de fotones. La figura 1 es un gráfico comparativo de pruebas de banco de motores que muestra el par (Nm) frente a las rpm para un motor de la presente invención (líneas discontinuas o combustión catalizada) con respecto al mismo motor sin el revestimiento de catalizador (línea continua o combustión convencional). Los niveles de consumo de combustible específicos de los frenos se expresan en gramos (líneas dobles). El vehículo probado fue un motor Volvo, 5 cilindros, 2,41, con aspiración natural e inyección de puerto.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Motor de combustión de carga, como mínimo, parcialmente estratificada, en el que la combustión de un combustible que contiene hidrocarburos que genera una llama que emite fotones se realiza en una cámara con una pared provista de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, comprendiendo dicho revestimiento, como mínimo, óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, mediante el cual dicho revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono con los óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, está adaptado para controlar la formación de especies H+ sobre la pared de la cámara, mientras se controlan las reacciones de ramificación de hidrógeno catalizando la utilización de átomos de oxígeno de los óxidos de Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr para reaccionar con hidrógeno H2 para la formación de H2O sobre la pared de la cámara,
en la que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados respectivamente como los siguientes óxidos CeO2, P^On, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene cerio-carbono, con respecto al peso total de dichos metales expresado como óxidos, es:
Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como P^O-n): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
2. Motor, según la reivindicación 1, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono es un revestimiento adaptado para capturar fotones emitidos por la llama con longitudes de onda de 6.500 a 7.500 A, de manera ventajosa, para capturar del 5 al 25 % de los fotones con longitudes de onda de 6.500 a 7.500 A emitidos por la llama que tiene una temperatura superior a 800 °C, o un revestimiento adaptado para asegurar una radiación de emisión de espectro amplificado de fotones, como mínimo, a una temperatura comprendida entre 500 y 800 °C, cubriendo dicho espectro, de manera ventajosa, sustancialmente todo el intervalo desde, aproximadamente, 4.000 A hasta 7.500A.
3. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyos ciclos comprenden cada uno, como mínimo, cuatro etapas sucesivas, es decir, una etapa de admisión para cargar la cámara de combustión con, como mínimo, oxígeno y nitrógeno, una etapa de compresión en la que se comprimen dichos, como mínimo, oxígeno y nitrógeno, una etapa de combustión en la cámara de combustión, y una etapa de escape para el escape de los gases presentes en la cámara de combustión, por las que, como mínimo, durante una etapa seleccionada entre el grupo de la etapa de admisión y la etapa de compresión, el revestimiento de óxido de cerio-carbono que comprende óxidos de los siguientes elementos Pr, Nd, La, Y y Zr, está adaptado para captar átomos de oxígeno a una temperatura comprendida entre 100 y 400 °C.
4. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono comprende suficientes óxidos de Pr, Nd, La, Y y Zr, para convertir, como mínimo, un 50 % molar, de manera ventajosa, como mínimo, un 75 % del hidrógeno H2 que entra en contacto con el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono en especies de H libres y especies de OH libres, a una temperatura superior a 500 °C y una presión superior a 20105 Pa.
5. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono es un revestimiento adaptado para capturar los fotones emitidos por la llama generada por la combustión del combustible que contiene carbono, y/o un revestimiento adaptado para generar, como mínimo, adyacente a la pared, espectros que cubren de manera sustancialmente continua todo el intervalo espectral desde, aproximadamente, 4.000 A hasta, aproximadamente, 7.500 A.
6. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono es un revestimiento adaptado para controlar el número de fotones en la cámara de combustión, especialmente los adyacentes al revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, durante, como mínimo, la combustión del combustible que contiene carbono, siendo dichos fotones, de manera ventajosa, una mezcla de fotones que cubren todo el intervalo espectral desde, aproximadamente, 4.000 A hasta, aproximadamente, 7.500 A.
7. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono comprende algo de aluminio, preferentemente, en su forma de óxido o hidróxido y/o en forma de aluminosilicato, por el que el contenido de aluminio metálico del revestimiento de catalizador con respecto al contenido en peso de metal total del revestimiento de catalizador de los metales seleccionados entre Al, Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr está comprendido entre el 1 y el 10 %.
8. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el motor comprende cilindros que tienen una cara que contiene aluminio, especialmente una cara que contiene aluminosílice, estando dicha cara provista, como mínimo, en parte, con el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono.
9. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, como mínimo, el 50 % del carbono presente en el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono está en forma de unidades de grafeno, posiblemente con algunas porciones superpuestas.
10. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono es un catalizador adaptado para controlar la formación de partículas de carbono en forma de grafito poroso, especialmente en forma de partículas de grafeno, dentro de la cámara de combustión, especialmente sobre el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, y/o para reducir el escape de partículas de hollín de la cámara de combustión.
11. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono es un catalizador que emite en función de la temperatura rayos con longitudes de onda en el intervalo violeta, rayos con longitudes de onda en el intervalo azul, rayos con longitudes de onda en el intervalo verde, rayos con longitudes de onda en el intervalo amarillo, así como rayos con longitudes de onda en el intervalo rojo.
12. Motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es un motor de combustión de carga, como mínimo, parcialmente estratificada dual, que tiene de manera ventajosa dos superficies opuestas provistas del revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono, siendo dichas superficies opuestas, preferentemente, superficies de la cabeza de pistón o superficies de dos cabezas de pistón móviles.
13. Proceso de producción de energía mecánica mediante la combustión de un combustible en una atmósfera que contiene aire en la cámara o las cámaras de combustión de un motor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, mediante el cual el revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono se somete a un ciclo que comprende, como mínimo, una etapa de eliminación de oxígeno de la atmósfera que contiene aire mediante captura de oxígeno en el catalizador, y una etapa de formación de vapor de agua al nivel del catalizador mediante la reacción de hidrógeno o especies de hidrógeno.
14. Precursor de catalizador para un catalizador de un motor, según con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, siendo dicho catalizador un revestimiento que contiene óxido de cerio - carbono, según la reivindicación 1, en el que el precursor del catalizador es tal que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados como óxidos CeO2, P^On, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene cerio-carbono, con respecto al peso total de dichos metales, expresado como óxidos, es:
Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como Pr6O11): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
que, de manera ventajosa, comprende, además, óxido de aluminio y/o aluminosilicato y/o aluminofosfosilicato, estando, preferentemente, en forma de partículas con un tamaño de menos de 10 |im, de manera ventajosa, de menos de 5 |im, preferentemente, en la escala nanométrica.
15. Soporte catalítico, que comprende, de manera ventajosa, aluminio, producido preferentemente, a partir de una aleación de aluminio, estando dicho soporte provisto de un revestimiento que contiene óxido de cerio-carbono que comprende los óxidos de los siguientes elementos Ce, Pr, Nd, La, Y y Zr, por el que el peso relativo de los metales seleccionados entre Ce, Pr, La, Nd, Y y Zr, expresados como óxidos CeO2, P^On, La2O3, Nd2O3, Y2O3 y ZrO2 del revestimiento que contiene cerio-carbono, con respecto al peso total de dichos metales expresado como óxidos, es: Ce (como CeO2): del 25 al 50 %, preferentemente, del 35 al 45 %,
Pr (como PraOn): del 2 al 10 %, preferentemente, del 2,5 al 6 %
La (como La2O3): del 15 al 37 %, preferentemente, del 20 al 32 %
Nd (como Nd2O3): del 4 al 15 %, preferentemente, del 5 al 13 %
Y (como Y2O3): del 5 al 15 %, preferentemente, del 8 al 12 %
Zr (como ZrO2): del 5 al 25 %, preferentemente, del 10 al 17 %
ES15808456T 2015-11-20 2015-11-20 Motor de combustión de carga estratificada Active ES2879986T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2015/002196 WO2017085524A1 (en) 2015-11-20 2015-11-20 Stratified charge combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2879986T3 true ES2879986T3 (es) 2021-11-23

Family

ID=54849661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15808456T Active ES2879986T3 (es) 2015-11-20 2015-11-20 Motor de combustión de carga estratificada

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP3377744B8 (es)
JP (1) JP6722285B2 (es)
KR (1) KR20180084968A (es)
CN (1) CN108291484B (es)
BR (1) BR112018008976B1 (es)
ES (1) ES2879986T3 (es)
MX (1) MX2018006237A (es)
RU (1) RU2711793C2 (es)
WO (1) WO2017085524A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115710436B (zh) * 2022-11-03 2023-07-25 天津包钢稀土研究院有限责任公司 一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5174247A (en) 1992-01-22 1992-12-29 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Water injection diesel engine
US5266548A (en) * 1992-08-31 1993-11-30 Norton Chemical Process Products Corp. Catalyst carrier
DE19746492A1 (de) 1997-10-22 1999-04-29 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
DE19746489A1 (de) 1997-10-22 1999-04-29 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
US6523503B1 (en) * 1998-02-20 2003-02-25 John J. Kracklauer Method for providing and maintaining catalytically active surface internal combustion engine
US7482303B2 (en) 2001-10-10 2009-01-27 Dominique Bosteels Catalytic burning reaction
US7723257B2 (en) * 2001-10-10 2010-05-25 Dominique Bosteels Process for the catalytic control of radial reaction
WO2003031030A2 (en) 2001-10-10 2003-04-17 Dominique Bosteels Combustion process
ATE491082T1 (de) 2002-10-10 2010-12-15 Dominique Bosteels Verbrennungsverfahren
US7290522B2 (en) 2003-06-12 2007-11-06 Masschusetts Institute Of Technology High compression ratio, high power density homogeneous charge compression ignition engines using hydrogen and carbon monoxide to enhance auto-ignition resistance
US7998538B2 (en) 2003-12-15 2011-08-16 California Institute Of Technology Electromagnetic control of chemical catalysis
US20050163691A1 (en) * 2004-01-23 2005-07-28 C.P. Kelkar NOx reduction composition for use in FCC processes
JP2007275704A (ja) * 2006-04-03 2007-10-25 Johnson Matthey Japan Inc 排気ガス触媒およびそれを用いた排気ガス処理装置
FR2901155B1 (fr) * 2006-05-16 2008-10-10 Rhodia Recherches & Tech Compositions utilisees notamment pour le piegeage d'oxydes d'azote (nox)
JP5401990B2 (ja) * 2007-01-19 2014-01-29 株式会社豊田中央研究所 排ガス浄化装置
US8347613B2 (en) 2009-09-29 2013-01-08 Ford Global Technologies, Llc Controlling operation of exhaust of an engine including a particulate filter
JP4452321B1 (ja) * 2009-10-23 2010-04-21 株式会社ブラフインターナショナル 内燃機関の燃焼効率改善効果、防錆効果、及び消臭効果を高めた機能性塗料組成物
US8617496B2 (en) * 2011-01-19 2013-12-31 Basf Corporation Three way conversion catalyst with alumina-free rhodium layer
CN102305156A (zh) * 2011-08-29 2012-01-04 丁云涛 内燃机燃烧室内固化催化剂催化燃烧方法
US9259716B2 (en) * 2013-03-15 2016-02-16 Clean Diesel Technologies, Inc. Oxidation catalyst systems compositions and methods thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018120661A3 (es) 2019-12-23
JP2018537611A (ja) 2018-12-20
BR112018008976B1 (pt) 2023-01-03
RU2018120661A (ru) 2019-12-23
EP3377744A1 (en) 2018-09-26
EP3377744B8 (en) 2021-05-26
CN108291484B (zh) 2020-12-25
MX2018006237A (es) 2018-11-09
WO2017085524A1 (en) 2017-05-26
KR20180084968A (ko) 2018-07-25
CN108291484A (zh) 2018-07-17
RU2711793C2 (ru) 2020-01-23
BR112018008976A2 (pt) 2018-11-27
JP6722285B2 (ja) 2020-07-15
EP3377744B1 (en) 2021-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6185129B2 (ja) 燃料への搭載型二酸化炭素変換による移動汚染源からの排出低減
ES2429449T3 (es) Procedimiento y aparato para el arranque en frío de un motor de combustión interna
CN102076948B (zh) 以富燃低温燃烧模式作为固体氧化物燃料电池动力车辆的车载重整器来操作内燃机的系统和方法
JP5187586B2 (ja) 希薄燃焼エンジンからのＮＯｘ排出を低減するための装置
US7723257B2 (en) Process for the catalytic control of radial reaction
CN101769210B (zh) 用于控制火花点燃直喷发动机操作的方法和装置
EP1833594B1 (en) Catalytic burning reaction
JP5959147B2 (ja) 内燃機関の排気ガスを清浄化する方法
CN101725395B (zh) 排气净化方法
CN103046985B (zh) 废气净化过滤器、使汽油颗粒过滤器再生的系统及其方法
BR112013020884B1 (pt) Sistema de escape para um motor de combustão interna de queima pobre, e, motor de combustão interna de queima pobre
ES2879986T3 (es) Motor de combustión de carga estratificada
US10562010B2 (en) Stratified charge combustion engine
WO2008077204A2 (en) Catalytic combustion process with rejuvenation step
US7721681B1 (en) Hydrocarbon and water hybrid engine
WO2018007865A1 (en) Stratified charge combustion engine
CN113141773A (zh) 燃烧系统及改进燃烧装置性能的方法
KR102417332B1 (ko) 개질 시스템
WO2018007866A1 (en) Stratified combustion chamber
JP5904399B2 (ja) 燃料改質方法
JP2005113832A (ja) エンジン排気ガスの浄化方法
Park et al. Reaction Characteristics of Oxidation Catalysts for HCCI Engine