CONJUNTO DE FILTRO DE PARTÍCULAS Y PROCEDIMIENTO PARA LA LIMPIEZA DE UN FILTRO DE PARTÍCULAS.

Aparato de filtro de partículas que comprende un filtro de partículas (10) que está dispuesto en un conducto de gases de escape (14) de un motor de combustión interna,

en el que los gases de escape, que contienen partículas y hollín, se limpian al pasar a través del filtro de partículas (10), caracterizado porque el aparato de filtro de partículas comprende además un vaporizador de llama fría (11) en el que el combustible se oxida parcialmente en aire precalentado para formar un gas de llama fría, estando dispuesto el vaporizador de llama fría (11) en comunicación fluídica con el conducto de escape (14) de tal modo que el gas de llama fría pueda circular a través del filtro de partículas (10), eliminándose de este modo los depósitos de hollín que se han acumulado en el filtro de partículas (10)

La presente invención se refiere a un aparato de filtro de partículas y a un sistema de escape de un motor, en el que un filtro de partículas se regenera utilizando un gas de llama fría. La presente invención se refiere asimismo a un procedimiento para limpiar un filtro de partículas y a un procedimiento para limpiar un filtro de partículas dispuestas en un sistema de retorno de gases de escape. La presente invención se refiere asimismo a la utilización del aparato de filtro de partículas, al sistema de escape del motor y a los procedimientos para limpiar un filtro de partículas, en los que se originan gases de escape a partir de un motor de encendido por compresión.

La llama fría es un fenómeno que hasta el momento no ha recibido demasiada atención. En una llama fría, el combustible se oxida parcialmente en aire precalentado y la temperatura se mantiene constante aproximadamente a 450°C, y es independiente de la relación aire/combustible y del tiempo de paso. En el proceso de la llama fría, se libera únicamente el 2-20% (generalmente el 6-9%) del valor calorífico del combustible y dicho calor se utiliza para evaporar el combustible, obteniéndose un combustible gaseoso homogéneo. Durante el trabajo de desarrollo, se ha observado que el gas pudo eliminar los depósitos de carbono de las paredes del reactor. El motivo de ello todavía no se ha determinado, pero se considera que se debe a los radicales libres que se encuentran presentes en el gas de llama fría, es decir, el combustible gaseoso parcialmente oxidado.

Una descripción más completa del fenómeno del gas de llama fría se puede encontrar en la patente US nº 6.793.693.

El escape de los motores de encendido por compresión (a menudo denominados de un modo impreciso motores diésel), que funcionan con el exceso de aire, comprende principalmente partículas, NOx y productos de una combustión incompleta (HC y CO). Las partículas se pueden eliminar utilizando un filtro aguas abajo del motor. Pasado un tiempo, el filtro se bloquea y necesita regenerarse. Esto se realiza aumentando la temperatura de los gases de escape por encima de los 800°C en unas condiciones oxidantes y, por lo tanto, quemando los depósitos de carbono. Para permitir un funcionamiento continuo, es habitual disponer de dos filtros en paralelo y una válvula que envía la mayor parte de los gases de escape hacia uno de los filtros mientras que el otro se encuentra regenerándose.

Los productos de la combustión incompleta (HC y CO) se pueden eliminar mediante un catalizador de oxidación.

Los NOx, por el contrario, únicamente se pueden eliminar catalíticamente si los gases de escape son ligeramente reductores (tal como, en un motor Otto). Esto no sucede habitualmente en un motor de encendido por compresión.

Un modo de reducir las emisiones de NOx en un motor diésel comprende recircular algunos de los gases de escape hacia el motor de escape (EGR). Aunque ello funciona para los motores diésel más pequeños que funcionan con combustible diésel limpio, no resulta práctico para motores más grandes que funcionan con aceite combustible pesado ya que se producen partículas en el escape que se mezclarán con el aceite lubricante y provocarán un desgaste prematuro del motor. Los intentos de introducir un filtro en el circuito de EGR no han tenido éxito ya que los gases de escape comprenden asimismo sales y otros compuestos metálicos que se derriten durante la regeneración del filtro (cuando la temperatura aumenta por encima de los 600°C) y provocan daños permanentes en el filtro.

En el documento US nº 2005/0274107 A1, se da a conocer un procedimiento para reformar combustible de hidrocarburo líquido, pero el procedimiento que se describe en D1 es, sin embargo, un procedimiento para obtener un gas de llama fría tal como se define en la presente solicitud. En el párrafo 0010, se indica que la temperatura en la cámara de mezcla en la que tiene lugar el proceso de "llama fría" se encuentra entre 700°C y 1.200°C. Si se aumenta la temperatura en una llama fría hasta el rango de temperatura indicado en el documento US nº 2005/0274107 A1, la llama fría se enciende por sí misma en presencia de un exceso de oxígeno (y en el proceso de la llama fría siempre existe un exceso de oxígeno). Además, se indica en el documento US nº 2005/0274107 A1 que la proporción aire/combustible puede alcanzar un nivel tan bajo como 0,014, es decir, la reacción química que se produce es extingue al limitar la disponibilidad de oxígeno. En un proceso de llama fría, la proporción aire/combustible es autorreguladora y habitualmente es aproximadamente de 0,7 si únicamente se añade aire y posiblemente desciende hasta 0,3 si se añade tanto aire como vapor. Por lo tanto, el procedimiento descrito en D1 no se encuentra dentro del intervalo de la proporción aire/combustible requerida para formar el gas de llama fría.

En la patente US nº 5.592.925, se da a conocer un aparato de limpieza para un filtro de partículas que comprende un dispositivo para generar un flujo inverso de aire en el que se genera un flujo de gas puro para dicho flujo inverso de aire que pasa por dicho filtro en una dirección contraria con respecto a una dirección de flujo de los gases en recirculación en dicho filtro, en el que se realiza la regeneración de un filtro de tal modo que las partículas atrapadas son descargan de dicho filtro mediante dicho flujo inverso de aire y las partículas atrapadas no se devuelven a dicho motor de combustión interna. Dicho de otro modo, se produce la eyección de las partículas que quedan atrapadas en el filtro de partículas mediante el soplado de aire comprimido a través del filtro en la dirección contraria al flujo de los gases de escape a través del filtro. En dicha memoria, no se hace mención a un procedimiento que podría interpretarse como un procedimiento para producir un gas de llama fría tal como se define en la presente solicitud.

Por lo tanto, constituye un objetivo de la presente invención mejorar la regeneración de un filtro de partículas y de este modo extender su utilización a los motores diésel que funcionan con combustibles diésel pesados.

Dicho objetivo se alcanza mediante la presente invención tal como se define en las reivindicaciones independientes. Otras formas de realización de la presente invención se definen en las reivindicaciones subordinadas.

Está previsto un aparato de filtro de partículas que comprende un filtro de partículas, que se dispone en un conducto de gases de escape de un motor de combustión interna, de tal modo que los gases de escape, que comprenden partículas y hollín, se limpian al pasar por el filtro de partículas. El aparato de filtro de partículas comprende además un vaporizador de llama fría, en el que el combustible se oxida parcialmente en el aire precalentado para formar una gas de llama fría, disponiéndose el vaporizador de llama fría en una comunicación fluídica con el conducto de escape, de tal modo que el gas de llama fría puede circular a través del filtro de partículas, eliminando de este modo los depósitos de hollín que se han acumulado en el filtro de partículas.

El vaporizador de llama fría es un vaporizador de llama fría estándar en el que el combustible se puede oxidar parcialmente en el aire precalentado para proporcionar un combustible totalmente varporizado con radicales libres. En un vaporizador de llama fría, el aire y el combustible se mezclan en una proporción comprendida entre 0,3 y 1,0 (1,0 es la proporción estequiométrica aire/combustible), pero únicamente una pequeña fracción del aire que se utiliza en la reacción de la llama fría.

El conducto de gases de escape puede ser un tubo o elemento similar de cualquier forma de sección transversal, o el conducto de gases de escape se puede realizar como conductos interiores en un cuerpo más grande.

Los medios para precalentar el aire pueden ser un intercambiador térmico en el que el calor de los gases de escape calienta el aire. Resultaría asimismo posible utilizar otros medios para el precalentamiento, por ejemplo, unos medios de calentamiento eléctrico.

El aparato de filtro de partículas presenta además uno o más medios de la válvula que controlan la circulación de los gases de escape a través del conducto de gas de escape. Cuando se regenera el filtro de partículas en el conducto de gas de escape, puede cerrarse por lo tanto, por lo menos parcialmente, el flujo de gases de escape.

Además, el aparato de filtro de partículas presenta unos medios de válvula... [Seguir leyendo]

1. Aparato de filtro de partículas que comprende un filtro de partículas (10) que está dispuesto en un conducto de gases de escape (14) de un motor de combustión interna, en el que los gases de escape, que contienen partículas y hollín, se limpian al pasar a través del filtro de partículas (10), caracterizado porque el aparato de filtro de partículas comprende además un vaporizador de llama fría (11) en el que el combustible se oxida parcialmente en aire precalentado para formar un gas de llama fría, estando dispuesto el vaporizador de llama fría (11) en comunicación fluídica con el conducto de escape (14) de tal modo que el gas de llama fría pueda circular a través del filtro de partículas (10), eliminándose de este modo los depósitos de hollín que se han acumulado en el filtro de partículas (10).

2. Aparato de filtro de partículas según la reivindicación 1, caracterizado porque el aparato de filtro de partículas presenta uno o más medios de válvula (18) que controlan la circulación de los gases de escape a través del conducto de gases de escape.

3. Aparato de filtro de partículas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el aparato de filtro de partículas presenta unos medios de válvula (17) que controlan la circulación del gas de llama fría procedente del vaporizador de llama fría (11) hacia el conducto de gases de escape (14) y a través del filtro de partículas (10).

4. Aparato de filtro de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el vaporizador de llama fría (11) está dispuesto en el exterior del conducto de circulación de los gases de escape (14) y, si resulta necesario, se conecta con el conducto de gases de escape (14) mediante unas conducciones para fluidos (27).

5. Aparato de filtro de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el vaporizador de llama fría (11) está dispuesto en el interior del conducto de gases de escape (14).

6. Aparato de filtro de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el aparato de filtro de partículas comprende un suministro de combustible (12) que está dispuesto en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría (11).

7. Aparato de filtro de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el aparato de filtro de partículas comprende un suministro de aire (13) y unos medios para precalentar el aire, estando el suministro de aire

(13) en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría (11).

8. Aparato de filtro de partículas según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el aparato de filtro de partículas comprende uno o más medios de válvula (16, 19) que controlan la circulación del combustible y del aire precalentado hacia el vaporizador de llama fría (11).

9. Sistema de escape para un motor destinado a un motor de combustión interna (30), comprendiendo el sistema de escape del motor un conducto de escape (14) conectado al motor, un conducto de retorno de los gases de escape (32, 33), de tal modo que por lo menos una parte de los gases de escape puedan volver al motor (30), estando formado el conducto de retorno de los gases de escape (32, 33), por lo menos a lo largo de una parte de su longitud, con por lo menos dos trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49), comprendiendo además el sistema de escape del motor un filtro de partículas (10) dispuesto en cada una de dichas por lo menos dos trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49), caracterizado porque el sistema de escape del motor comprende además por lo menos un vaporizador de llama fría (11) en el que el combustible se oxida parcialmente en aire precalentado para formar un gas de llama fría, estando dispuesto dicho por lo menos un vaporizador de llama fría (11) en comunicación fluídica con todas las trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49), de tal modo que el gas de llama fría puede circular a través de los filtros de partículas (10), con lo cual el gas de llama fría se puede utilizar para regenerar el filtro de partículas (10) por lo menos en una de las trayectorias de circulación de los gases de escape (38, 39; 48, 49) mientras que, simultáneamente, los gases de escape pueden circular a través de la otra trayectoria de circulación de los gases de escape o trayectorias de circulación de los gases de escape.

10. Sistema de escape para un motor según la reivindicación 9, caracterizado porque las trayectorias de circulación (48, 49) están formadas proporcionando al conducto de retorno de los gases de escape una o más separaciones, por lo menos a lo largo de una parte de su longitud, de tal modo que se forman dos o más trayectorias de circulación separadas (48, 49) para los gases de escape en la sección del conducto de escape.

11. Sistema de escape para un motor según la reivindicación 9, caracterizado porque las trayectorias de circulación (38, 39) están formadas proporcionando al conducto de retorno de los gases de escape por lo menos dos conductos separados (38, 39) a través de los cuales pueden circular los gases de escape.

12. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el sistema de escape del motor presenta uno o más medios de válvula que controlan la circulación de los gases de escape a través de las trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49) del conducto de retorno de los gases de escape.

13. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque el sistema de escape presenta uno o más medios de válvula (17) que controlan la circulación del gas de llama fría desde por lo menos un vaporizador de llama fría (11) hacia el conducto de retorno del gas de escape y los filtros de partículas en las trayectorias de circulación.

14. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque por lo menos un vaporizador de llama fría (11) está dispuesto en el exterior de las trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49) del conducto de retorno de los gases de escape y, si resulta necesario, se conecta a las trayectorias de circulación mediante unas conducciones para fluidos (27, 28, 29).

15. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque dicho por lo menos un vaporizador de llama fría (11) está dispuesto en el interior de las trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49) del conducto de retorno de los gases de escape.

16. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque el sistema de escape del motor comprende un suministro de combustible (12) que está dispuesto en comunicación fluídica con por lo menos un vaporizador de llama fría (11) y unos medios de válvula que controlan la circulación de combustible hacia por lo menos un vaporizador de llama fría (11).

17. Sistema de escape para un motor según una de las reivindicaciones 9 a 16, caracterizado porque el sistema de escape del motor comprende un suministro de aire (13) y unos medios para precalentar el aire, estando dispuesto el suministro de aire en comunicación fluídica con por lo menos un vaporizador de llama fría (11), y controlando los medios de válvula el flujo de aire precalentado hacia por lo menos un vaporizador de llama fría (11).

18. Procedimiento para la limpieza de un filtro de partículas (10) con depósitos de partículas y hollín procedentes de un gas de escape, estando dispuesto el filtro en un conducto de escape (14), caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas de proporcionar una gas de llama fría y dejar que el gas de llama fría circule a través del filtro de partículas (10), con lo cual se elimina el hollín del filtro de partículas (10).

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque dispone de uno o más medios de válvula (17) para controlar el flujo de gas de llama fría de un vaporizador de llama fría (11), en el que el combustible se oxida parcialmente en el aire precalentado para formar el gas de llama fría, hacia el conducto de escape (14).

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque dispone de un suministro de combustible (12) dispuesto en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría (11), y un suministro de aire (13) y unos medios de calentamiento para precalentar el aire, estando dispuesto el suministro de aire (13) en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría (11).

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado porque proporciona uno o más medios de válvula (16, 19) para controlar el flujo de combustible y aire precalentado hacia el vaporizador de llama fría (11).

22. Procedimiento para limpiar un filtro de partículas dispuesto en un sistema de retorno del gas de escape de un motor de combustión interna (30), comprendiendo el sistema de retorno del gas de escape un conducto de retorno del gas de escape (32, 33) que, por lo menos a lo largo de una parte de su longitud, se forma con por lo menos dos trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49), presentando cada una de dichas por lo menos dos trayectorias de circulación un filtro de partículas (10) para la eliminación de partículas y hollín en los gases de escape, caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas siguientes

23. Procedimiento según la reivindicación 22, caracterizado porque dispone de uno o más medios de válvula (17) para controlar por separado la circulación de gas de llama fría desde un vaporizador de llama fría (11), en los que el combustible se oxida parcialmente en aire precalentado, hacia cada trayectoria de circulación del conducto de gases de escape.

24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado porque proporciona un suministro de combustible (12) dispuesto en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría, y un suministro de aire (13) y unos medios de calentamiento para el precalentamiento del aire, estando dispuesto el suministro de aire (13) en comunicación fluídica con el vaporizador de llama fría (11).

25. Procedimiento según la reivindicación 24, caracterizado porque proporciona uno o más medios de válvula para controlar la circulación de combustible y aire precalentado hacia el vaporizador de llama fría (11).

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones 22 a 25, caracterizado porque se dispone en cada trayectoria de circulación (38, 39; 48, 49) de la sección del conducto de escape, la trampa de NOx aguas abajo del filtro de partículas correspondiente (10). - proporcionar un gas de llama fría, - dejar que el de gas de llama fría circule a través del filtro de partículas (10) trayectorias de circulación (38, 39; 48, 49) del conducto de retorno del gas de emodo el filtro de partículas (10), eliminando el hollín depositado. en scapor lo pe, regmenos eneránduna ose de las de este

27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque se dispone un catalizador de oxidación en la sección del conducto de escape aguas abajo del filtro de partículas y la trampa de NOx.

28. Utilización del aparato de filtro de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el gas de escape 10 procede de un motor de encendido por compresión (30) que funciona con diésel o aceite pesado.

29. Utilización del sistema de escape del motor según una de las reivindicaciones 9 a 17, en la que el gas de escape procede de un motor de encendido por compresión (30) que funciona con diésel o aceite pesado.

30. Utilización del procedimiento para limpiar un filtro de partículas según una de las reivindicaciones 18 a 21, en la que el gas de escape procede de un motor de encendido por compresión (30) que funciona con diésel o aceite pesado.

31. Utilización del procedimiento para limpiar un filtro de partículas según una de las reivindicaciones 22 a 27, en la que el gas de escape procede de un motor de encendido por compresión (30) que funciona con diésel o aceite pesado.

32. Utilización de gas de llama fría para regenerar un filtro de partículas (10) con depósitos de hollín.