Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna en el que una válvula

(16) de alimentación de hidrocarburos para alimentar hidrocarburos está dispuesta dentro de un conducto de escape del motor, un catalizador (14) de purificación de gases de escape para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos que se inyectan desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos y se oxidan parcialmente está dispuesto en el conducto de escape del motor aguas abajo de la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos, el catalizador (14) de purificación de gases de escape porta un catalizador (53, 54) de metales preciosos y una capa (55) básica está formada sobre el catalizador (14) de purificación de gases de escape, caracterizado porque el catalizador (14) de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en los gases de escape cuando se inyectan hidrocarburos desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos a intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene una relación airecombustible de unos gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape pobre y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape cuando los intervalos de alimentación de los hidrocarburos son más largos que los intervalos de alimentación predeterminados, y, en el momento del funcionamiento del motor, se usan selectivamente, según un estado de funcionamiento de un motor, un primer método de purificación de NOx que inyecta hidrocarburos desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos a dichos intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape pobre para eliminar el NOx contenido en los gases de escape y un segundo método de purificación de NOx que cambia la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al catalizador (14) de purificación de gases de escape de pobre a rica mediante intervalos más largos que dichos intervalos de alimentación predeterminados para eliminar el NOx.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2010/054740.

Solicitante: TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 1, TOYOTA-CHO TOYOTA-SHI, AICHI-KEN, 471-8571 JAPON.

Inventor/es: YOSHIDA,KOHEI, INOUE,Mikio, BISAIJI,YUKI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/94 (por procedimientos catalíticos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios... > F01N3/08 (para volverlos inofensivos (utilizando separadores eléctricos o electrostáticos F01N 3/01; aspectos químicos B01D 53/92))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > SILENCIADORES O DISPOSITIVOS DE ESCAPE PARA MAQUINAS... > Silenciadores o aparatos de escape que incluyen medios... > F01N3/28 (Estructura de reactores catalíticos)

PDF original: ES-2508365_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.
Ilustración 2 de Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.
Ilustración 3 de Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.
Ilustración 4 de Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.
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Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.

Fragmento de la descripción:

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna.

Técnica anterior

En la técnica se conoce un motor de combustión interna que dispone, en un conducto de escape del motor, un catalizador de almacenamiento de NOx que almacena NOx que está contenido en los gases de escape cuando la relación aire-combustible de los gases de escape entrantes es pobre y que libera el NOx almacenado cuando la relación aire-combustible de los gases de escape entrantes pasa a ser rica, que dispone, en el conducto de escape del motor aguas arriba del catalizador de almacenamiento de NOx, un catalizador de oxidación que tiene una función de adsorción, y que alimenta hidrocarburos al interior del conducto de escape del motor aguas arriba del catalizador de oxidación para hacer que la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador de almacenamiento de NOx sea rica cuando se libera NOx desde el catalizador de almacenamiento de NOx (por ejemplo, véase el documento de patente 1).

En este motor de combustión interna, los hidrocarburos que se alimentan cuando se libera NOx desde el catalizador de almacenamiento de NOx se convierten en hidrocarburos gaseosos en el catalizador de oxidación, y los hidrocarburos gaseosos se alimentan al catalizador de almacenamiento de NOx. Como resultado, el NOx que se libera desde el catalizador de almacenamiento de NOx se reduce ampliamente.

En la técnica se conoce un catalizador de purificación de gases de escape para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos que se inyectan desde la válvula de alimentación de hidrocarburos y se oxidan parcialmente mediante un catalizador de oxidación de tamaño pequeño (por ejemplo, véase el documento de patente 2). Además, este sistema comprende un catalizador de almacenamiento de NOx. El catalizador de almacenamiento de NOx porta un catalizador de metales preciosos y sobre el catalizador de almacenamiento de NOx está formada una capa básica.

No obstante, en este sistema las reacciones químicas que tienen lugar sobre catalizadores dependen enormemente de las condiciones de relación aire-combustible pobre/rica.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Documento de patente 1: patente japonesa n.° 396945 Documento de patente 2: WO 29/8235 A1 Sumario de la invención Problema técnico

Sin embargo, existe el problema de que cuando el catalizador de almacenamiento de NOx pasa a estar a alta temperatura, la tasa de purificación de NOx disminuye.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna que pueda obtener una alta tasa de purificación de NOx incluso si la temperatura del catalizador de purificación de gases de escape pasa a ser una alta temperatura.

Solución al problema

Según la presente invención, se proporciona un método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna, en el que una válvula de alimentación de hidrocarburos para alimentar hidrocarburos está dispuesta dentro de un conducto de escape del motor, un catalizador de purificación de gases de escape para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos que se inyectan desde la válvula de alimentación de hidrocarburos y se oxidan parcialmente está dispuesto en el conducto de escape del motor aguas abajo de la válvula de alimentación de hidrocarburos, el catalizador de purificación de gases de escape porta un catalizador de metales preciosos y sobre el catalizador de purificación de gases de escape está formada una capa básica, el catalizador de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está

contenido en los gases de escape cuando se inyectan hidrocarburos desde la válvula de alimentación de hidrocarburos a intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene una relación aire-combustible de unos gases de escape que fluyen al interior del catalizador de purificación de gases de escape pobre y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape cuando los intervalos de alimentación de los hidrocarburos son más largos que los intervalos de alimentación predeterminados, y, en el momento del funcionamiento del motor, se usan selectivamente, según un estado de funcionamiento de un motor, un primer método de purificación de NOx que inyecta hidrocarburos desde la válvula de alimentación de hidrocarburos a los intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador de purificación de gases de escape pobre para eliminar el NOx contenido en los gases de escape y un segundo método de purificación de NOx que cambia la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al catalizador de purificación de gases de escape de pobre a rica mediante intervalos más largos que los intervalos de alimentación predeterminados para eliminar el NOx.

Efectos ventajosos de la invención

Al usar selectivamente el primer método de purificación de NOx y el segundo método de purificación de NOx, es posible obtener una alta tasa de purificación de NOx independientemente del estado de funcionamiento del motor.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista general de un motor de combustión interna de tipo encendido por compresión.

La figura 2 es una vista que muestra esquemáticamente una parte superficial de un soporte de catalizador.

La figura 3 es una vista para explicar una reacción de oxidación en un catalizador de oxidación.

La figura 4 es una vista que muestra un cambio de una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape.

La figura 5 es una vista que muestra una tasa de purificación de NOx.

La figura 6 es una vista para explicar una reacción de oxidación-reducción en un catalizador de purificación de gases de escape.

La figura 7 es una vista para explicar una reacción de oxidación-reducción en un catalizador de purificación de gases de escape.

La figura 8 es una vista que muestra un cambio de una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.

La figura 9 es una vista que muestra un mapa de una cantidad de NOx de escape NOXA.

La figura 1 es una vista que muestra una variación de inyección de combustible.

La figura 11 es una vista que muestra una tasa de purificación de NOx.

La figura 12 es una vista que muestra un mapa de una cantidad de inyección de hidrocarburos.

La figura 13 es una vista que muestra una tasa de descarga de NOx, etc.

La figura 14 es una vista que muestra un cambio en una relación aire-combustible de gases de escape (A/F)in, etc., cuando se cambia de un segundo método de purificación de NOx a un primer método de purificación de NOx.

La figura 15 es un diagrama de flujo para el control de la purificación de NOx.

La figura 16 es una vista que muestra un diagrama de flujo, etc., que muestra otra realización de un método de purificación de NOx que determina la parte A mostrada en la figura 15.

La figura 17 es una vista que muestra un diagrama de flujo, etc., que muestra todavía otra realización de un método de purificación de NOx que determina la parte A mostrada en la figura 15.

La figura 18 es una vista que muestra un diagrama de flujo, etc., que muestra otra realización de un método de purificación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna en el que una válvula (16) de alimentación de hidrocarburos para alimentar hidrocarburos está dispuesta dentro de un conducto de escape del motor, un catalizador (14) de purificación de gases de escape para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos que se inyectan desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos y se oxidan parcialmente está dispuesto en el conducto de escape del motor aguas abajo de la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos, el catalizador (14) de purificación de gases de escape porta un catalizador (53, 54) de metales preciosos y una capa (55) básica está formada sobre el catalizador (14) de purificación de gases de escape, caracterizado porque el catalizador (14) de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en los gases de escape cuando se Inyectan hidrocarburos desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos a intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene una relación aire- combustible de unos gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape pobre y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape cuando los intervalos de alimentación de los hidrocarburos son más largos que los intervalos de alimentación predeterminados, y, en el momento del funcionamiento del motor, se usan selectivamente, según un estado de funcionamiento de un motor, un primer método de purificación de NOx que inyecta hidrocarburos desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos a dichos intervalos de alimentación predeterminados mientras se mantiene la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape pobre para eliminar el NOx contenido en los gases de escape y un segundo método de purificación de NOx que cambia la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al catalizador (14) de purificación de gases de escape de pobre a rica mediante intervalos más largos que dichos intervalos de alimentación predeterminados para eliminar el NOx.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que dentro del conducto de escape del motor aguas abajo de la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos, dicho catalizador (14) de purificación de gases de escape y un catalizador (13) de oxidación parcial de hidrocarburos que puede oxidar parcialmente hidrocarburos inyectados desde la válvula (16) de alimentación de hidrocarburos están dispuestos de modo que los hidrocarburos que se oxidan parcialmente en el catalizador (13) de oxidación parcial de hidrocarburos fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión Interna según la reivindicación 2, en el que el catalizador (13) de oxidación parcial de hidrocarburos está compuesto por un catalizador de oxidación que está dispuesto dentro del conducto de escape del motor aguas arriba del catalizador (14) de purificación de gases de escape.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión Interna según la reivindicación 2, en el que una capa (82) de recubrimiento superior compuesta por el catalizador (13) de oxidación parcial de hidrocarburos está formada sobre una capa (81) de recubrimiento Inferior compuesta por el catalizador (14) de purificación de gases de escape.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión Interna según la reivindicación 1 ó 2, en el que en el primer método de purificación de NOx, el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos parcialmente oxidados se hacen reaccionar mediante el catalizador (53, 54) de metales preciosos para producir un producto intermedio reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos, el producto intermedio reductor producido se retiene sobre la capa (55) básica, el NOx se reduce mediante una acción de reducción del producto intermedio reductor retenido sobre la capa (55) básica, y los intervalos de alimentación predeterminados de los hidrocarburos son los intervalos de alimentación necesarios para una presencia continuada del producto intermedio reductor sobre una parte (56) superficial de flujo de gases de escape básica.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que en el segundo método de purificación de NOx, cuando la relación aire- combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape es pobre, el NOx en los gases de escape se absorbe en la capa (55) básica y, cuando la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape pasa a ser rica, el NOx absorbido se libera desde la capa (55) básica y se reduce.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que dicho catalizador (53, 54) de metales preciosos está compuesto de platino Pt y al menos uno de rodio Rh y paladio Pd.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna

g.

1.

11.

12.

13.

14.

16.

17.

según la reivindicación 1, en el que dicha capa (55) básica incluye un metal alcalino, metal alcalinotérreo, tierra rara o metal que puede donar electrones a NOx.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que el primer método de purificación de NOx sólo se usa cuando la temperatura del catalizador (13) de oxidación pasa a ser la temperatura de activación (TBo) o más y en el que está prohibido el uso del primer método de purificación de NOx cuando la temperatura del catalizador (13) de oxidación es menor que la temperatura de activación (TBo).

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 9, en el que se usa cualquiera del primer método de purificación de NOx o el segundo método de purificación de NOx cuando la temperatura del catalizador (13) de oxidación es la temperatura de activación (TBo) o más.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que cuando el uso del primer método de purificación de NOx daría como resultado una mayor eficacia de purificación de NOx en comparación con el uso del segundo método de purificación de NOx, se usa el primer método de purificación de NOx, mientras que cuando el uso del segundo método de purificación de NOx daría como resultado una mayor eficacia de purificación de NOx en comparación con el uso del primer método de purificación de NOx, se usa el segundo método de purificación de NOx.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que la tasa de purificación de NOx cuando se usa el primer método de purificación de NOx empieza a bajar cuando la temperatura del catalizador (14) de purificación de gases de escape pasa a ser la temperatura límite (TCo) o inferior, cuando la temperatura del catalizador (14) de purificación de gases de escape es mayor que la temperatura límite (TCo), se usa el primer método de purificación de NOx, y cuando la temperatura del catalizador (14) de purificación de gases de escape es menor que la temperatura límite (TCo), se usa el segundo método de purificación de NOx.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 9, en el que se usa el segundo método de purificación de NOx cuando la temperatura del catalizador (13) de oxidación es menor que la temperatura de activación (TBo).

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que cuando se cambia del segundo método de purificación de NOx al primer método de purificación de NOx, se hace que una relación aire-combustible de unos gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea temporalmente rica para liberar y reducir el NOx que está almacenado en el catalizador (14) de purificación de gases de escape.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 14, en el que justo antes de cambiarse del segundo método de purificación de NOx al primer método de purificación de NOx, se hace que la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea rica.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 15, en el que también justo después de cambiarse del segundo método de purificación de NOx al primer método de purificación de NOx, se hace que la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea rica.

Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 14, en el que tras cambiarse del segundo método de purificación de NOx al primer método de purificación de NOx, se inicia la acción de purificación de NOx mediante el primer método de purificación de NOx, entonces se hace que la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea rica.

18. Método de operación de un sistema de purificación de gases de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que, cuando se usa el segundo método de purificación de NOx, cuando la cantidad de almacenamiento de NOx calculada con respecto al catalizador (14) de purificación de gases de 6 escape supera un valor permisible predeterminado, se hace que una relación aire-combustible de unos

gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea temporalmente rica y cuando se cambia del primer método de purificación de NOx al segundo método de purificación de NOx, se suman la cantidad de almacenamiento de NOx que se calcula cuando se usa el primer método de purificación de NOx y la cantidad de almacenamiento de NOx que se calcula tras cambiar 65 al segundo método de purificación de NOx y, cuando un valor total supera un valor permisible

predeterminado, se hace que la relación aire-combustible de los gases de escape que fluyen al interior del catalizador (14) de purificación de gases de escape sea temporalmente rica.