APARATO DE PURIFICACION DE GAS DE ESCAPE PARA MOTOR DE COMBUSTION INTERNA.
Aparato de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna que presenta:
un dispositivo (14) de adición de combustible que se proporciona en un conducto de gas de escape del motor de combustión interna y añade combustible al conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible; y un catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx que se proporciona aguas abajo del dispositivo (14) de adición de combustible en el conducto de gas de escape y adsorbe NOx contenido en el gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx adsorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape es rica, en el que cuando la relación aire-combustible del gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx, se añade combustible desde el dispositivo (14) de adición de combustible de tal manera que el combustible añadido se adhiere al catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible, con lo cual el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx está constituido por una pluralidad de catalizadores (12, 13) de adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie, incluyendo un catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba sobre el que se soportan platino Pt y, opcionalmente, paladio Pd, y un catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo que está dispuesto aguas abajo del catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba y sobre el que se soportan platino Pt y paladio Pd;
estando el aparato de purificación de gas de escape caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%; y
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba es mayor que la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2007/002571.
Solicitante: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 1, TOYOTA-CHO,TOYOTA-SHI, AICHI 471-8571.
Inventor/es: ASANUMA, TAKAMITSU, NAKANO, YASUAKI, WATANABE, TADASHI, HAYASHI,KOTARO, YOSHIDA,KOHEI.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 20 de Enero de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D53/94F2C
- F01N3/08B
- F01N3/08B2
- F01N3/08B4
Clasificación PCT:
- B01D53/94 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › por procedimientos catalíticos.
- F01N13/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR. › F01N SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA (disposiciones de conjuntos de propulsión relativas al escape de gases B60K 13/00; silenciadores de admisión de aire especialmente adaptados para motores de combustión interna, o con dispositivos para estos motores F02M 35/00; protección contra ruidos en general o amortiguamiento de los mismos G10K 11/16). › F01N 13/00 Silenciadores o dispositivos de escape caracterizados por aspectos de su estructura. › con varios silenciadores separados dispuestos en serie.
- F01N3/08 F01N […] › F01N 3/00 Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios para purificar, volver inofensivos o cualquier otro tratamiento de los gases de escape (control eléctrico F01N 9/00; dispositivos de control o diagnóstico para los aparatos de tratamiento de gases de escape F01N 11/00). › para volverlos inofensivos (utilizando separadores eléctricos o electrostáticos F01N 3/01; aspectos químicos B01D 53/92).
Fragmento de la descripción:
Aparato de purificación de gas de escape para motor de combustión interna.
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a un aparato de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna, según se describe por ejemplo en el documento DE 10148915.
Se conoce un motor de combustión interna en el que se proporciona en un conducto de gas de escape un catalizador de adsorción-reducción de NOx que adsorbe NOx contenido en el gas de escape entrante cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx adsorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape es igual a la relación aire-combustible estequiométrica o rica. El catalizador de adsorción-reducción de NOx incluye un catalizador de metal noble compuesto por platino Pt y un absorbente de NOx. Cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre, el NOx contenido en el gas de escape, es decir, el NO contenido en el gas de escape se oxida para dar NO2 sobre el platino Pt y luego se absorbe en el absorbente de NOx en forma de iones nitrato NO3-.
Por otra parte, cuando se libera se libera el NOx absorbido del absorbente de NOx y se reduce el NOx liberado, se enriquece la relación aire-combustible del gas de escape que entra en el catalizador de adsorción-reducción de NOx. A medida que se enriquece la relación aire-combustible del gas de escape, disminuye la concentración de oxígeno del gas de escape, de modo que el NOx absorbido en el absorbente de NOx en forma de iones nitrato NO3- se convierte en NO2 y se desplaza hasta la superficie del platino Pt, y el NO2 se reduce entonces mediante el HC y CO sin quemar contenidos en el gas de escape.
La relación aire-combustible del gas de escape puede enriquecerse suministrando combustible adicional a las cámaras de combustión respectivas o añadiendo combustible al conducto de gas de escape. En cualquier caso, si se añade combustible de tal manera que el combustible añadido entra en el catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma de un gas combustible, inmediatamente se libera NOx del catalizador de adsorción-reducción de NOx y luego se reduce en respuesta al enriquecimiento de la relación aire-combustible del gas de escape. Sin embargo, esto no sucede si se añade combustible al conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible y luego se adhiere al catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible.
Es decir, si el combustible que se ha añadido para enriquecer la relación aire-combustible del gas de escape se adhiere al catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible, el combustible líquido cubre el platino Pt soportado sobre el catalizador de adsorción-reducción de NOx. Cuando el combustible líquido cubre el platino Pt, el oxígeno contenido en el gas de escape no puede alcanzar la superficie del platino Pt. Por tanto, el combustible líquido sobre el platino Pt puede no oxidarse apropiadamente. Si el combustible líquido no puede oxidarse apropiadamente, el oxígeno en el gas de escape no se consume suficientemente. Por tanto, la concentración de oxígeno no disminuye suficientemente, y por tanto no se libera NOx del absorbente de NOx suficientemente. Además, en este caso, dado que el combustible líquido no se vaporiza eficazmente, la cantidad de HC sin quemar en el gas de escape se vuelve insuficiente, y por tanto el NOx liberado no puede reducirse suficientemente.
En vista de esto, los presentes inventores, durante su estudio, se han centrado en la capacidad de adsorción de oxígeno del paladio Pd y han descubierto lo siguiente. Es decir, si el paladio Pd está soportado sobre el catalizador de adsorción-reducción de NOx como metal noble al igual que el platino Pt, se promueve la oxidación del combustible líquido sobre el catalizador de adsorción-reducción de NOx por una gran cantidad de oxígeno adsorbido en el paladio Pd, y el calor generado por esta oxidación acelera la vaporización del combustible líquido sobre el platino Pt, promoviendo así la liberación de NOx del absorbente de NOx.
Si se aumenta la cantidad de paladio Pd y se reduce la cantidad de platino Pt, se promueve la vaporización del combustible líquido sobre el platino Pt mediante el calor de reacción generado a través de la oxidación del paladio Pd. En este caso, sin embargo, dado que la cantidad de platino Pt es pequeña, el efecto de liberación de NOx es débil, y por tanto no puede liberarse NOx eficazmente. Por otra parte, si se reduce la cantidad del paladio Pd y se aumenta la cantidad de platino Pt, no se promueve la oxidación del combustible líquido sobre el platino Pt mediante el calor de reacción generado a través de la oxidación del oxígeno adsorbido en el paladio Pd, y por tanto el efecto de liberación de NOx se vuelve débil a pesar del aumento del platino Pt. Por tanto, en este caso, tampoco puede liberarse NOx eficazmente.
Como tal, está claro que la liberación eficaz de NOx sólo puede lograrse cuando la relación entre la cantidad de platino Pt y la cantidad del paladio Pd está en un intervalo apropiado dado que no es excesivamente alta ni excesivamente baja. Con respecto a este punto, la publicación de solicitud de patente japonesa n.º 2003-205245 (JP-A-2003-205245) describe un filtro de partículas sobre el que se soportan platino Pt y paladio Pd de tal manera que se soportan 1 gramo de platino y 1 gramo del paladio Pd por litro del volumen de cuerpo de filtro. En este caso, la relación del número molar del platino Pt con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd es de aproximadamente 35,7. Sin embargo, con tal razón molar, la cantidad del paladio Pd es demasiado grande en comparación con la cantidad del platino Pt. Por tanto, no puede liberarse NOx eficazmente.
Mientras tanto, los presentes inventores descubrieron lo siguiente como resultado de su continuo estudio sobre el efecto del paladio Pd. Es decir, si la relación entre la cantidad de platino Pt y la cantidad del paladio Pd se fija apropiadamente, puede lograrse la liberación eficaz de NOx. Sin embargo, cuando la temperatura del catalizador de adsorción-reducción de NOx es baja, el paladio Pd impide la absorción del NO2 en el gas de escape en el absorbente de NOx. Por tanto, cuando la temperatura del catalizador de adsorción-reducción de NOx es baja, tal como inmediatamente tras la puesta en marcha del motor, la tasa de eliminación de NOx disminuye.
Sumario de la invención
En vista de lo anterior, la invención proporciona un aparato de purificación de gas de escape que garantiza que el NOx se libera eficazmente de un catalizador de adsorción-reducción de NOx incluso cuando se añade combustible en forma de gotas de combustible cuando se libera NOx del catalizador de adsorción-reducción de NOx y que consigue una tasa de eliminación mejorada cuando la temperatura del catalizador de adsorción-reducción de NOx es baja.
El primer aspecto de la invención se refiere a un aparato de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna que presenta: un dispositivo de adición de combustible que se proporciona en un conducto de gas de escape del motor de combustión interna y añade combustible al conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible; y un catalizador de adsorción-reducción de NOx que se proporciona aguas abajo del dispositivo de adición de combustible en el conducto de gas de escape y adsorbe NOx contenido en el gas de escape que entra en el catalizador de adsorción-reducción de NOx cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx adsorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape es rica, en el que cuando la relación aire-combustible del gas de escape que entra en el catalizador de adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador de adsorción-reducción de NOx, se añade combustible desde el dispositivo de adición de combustible de tal manera que el combustible añadido se adhiere al catalizador de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible. Según este aparato de purificación de gas de escape, el catalizador de adsorción-reducción de NOx está constituido por una pluralidad de catalizadores de adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie, incluyendo un catalizador de adsorción-reducción de NOx aguas arriba sobre el que se soportan platino Pt...
Reivindicaciones:
1. Aparato de purificación de gas de escape para un motor de combustión interna que presenta: un dispositivo (14) de adición de combustible que se proporciona en un conducto de gas de escape del motor de combustión interna y añade combustible al conducto de gas de escape en forma de gotas finas de combustible; y un catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx que se proporciona aguas abajo del dispositivo (14) de adición de combustible en el conducto de gas de escape y adsorbe NOx contenido en el gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre y libera el NOx adsorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape es rica, en el que cuando la relación aire-combustible del gas de escape que entra en el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx tiene que enriquecerse con el fin de liberar el NOx adsorbido del catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx, se añade combustible desde el dispositivo (14) de adición de combustible de tal manera que el combustible añadido se adhiere al catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx en forma de gotas de combustible, con lo cual el catalizador (12, 13) de adsorción-reducción de NOx está constituido por una pluralidad de catalizadores (12, 13) de adsorción-reducción de NOx dispuestos en serie, incluyendo un catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba sobre el que se soportan platino Pt y, opcionalmente, paladio Pd, y un catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo que está dispuesto aguas abajo del catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba y sobre el que se soportan platino Pt y paladio Pd;
estando el aparato de purificación de gas de escape caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 80%; y
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba es mayor que la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo con respecto a la suma de los números molares del platino Pt y el paladio Pd soportados sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo.
2. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es desde aproximadamente el 58% hasta aproximadamente el 75%.
3. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 2, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo es de aproximadamente el 66%.
4. Aparato de purificación de gas de escape según reivindicación 1, caracterizado porque:
la relación del número molar del platino Pt soportado sobre el catalizador (12) de adsorción-reducción de NOx aguas arriba es del 100%.
5. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, caracterizado porque:
el catalizador (13) de adsorción-reducción de NOx aguas abajo está soportado sobre un filtro (13a) de partículas.
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