Filtro de partículas diésel, que comprende: un soporte que tiene funciones de filtro;

y un óxido complejo de tipo perovskita llevado por el soporte y expresado por la siguiente fórmula (1): (1)La1-xBaxMnyFe1-yO3donde 0 < x < 0,7 y 0 ≤q y ≤q 1 en la fórmula (1) anterior

Filtro de partículas diésel para purificación de gas de escape.

La presente invención se refiere a un filtro de partículas diésel y a un sistema de control de emisiones de escape para purificar la materia en partículas (PM) contenida en el gas de escape de los motores diésel.

En los motores diésel, la materia en partículas (en lo que sigue llamada arbitrariamente "PM") que contiene primariamente partículas de carbón está presente en el gas de escape (emisión). Convencionalmente, para eliminar esta PM, en los motores diésel un filtro (filtro de partículas diésel, en lo que sigue llamado arbitrariamente "DPF") es instalado en el mecanismo de escape y la PM es recogida por el DPF. Además, para hacer frente a la disminución de las funciones del DPF, la tasa de acumulación de PM recogida en el DFP ha sido estimada a partir de la pérdida de presión de escape y la historia de operación, y la purificación de la combustión periódica (regeneración del DPF) fue llevada a cabo o fue realizada una sustitución periódica del filtro.

Sin embargo, en el caso de regenerar el DPF por combustión de la PM acumulada en el DPF, para favorecer la combustión de la PM en general es equipado un catalizador en el DPF. Este catalizador es equipado para quemar la PM a una temperatura todavía inferior y mediante esto se pretende mejorar la propiedad regenerativa del DPF. Diversas clases de catalizadores como las descritas antes han sido desarrolladas hasta la fecha, y por ejemplo, en la publicación de patente japonesa nº HEI6-29542 (JP1-14228A) se propuso usar un óxido complejo de tipo perovskita como catalizador.

La temperatura del gas de escape del motor diésel es generalmente baja y es difícil elevar la temperatura del gas de escape a la temperatura necesaria para quemar la PM acumulada en el DPF para la regeneración durante la operación normal. En consecuencia, la temperatura del gas de escape, en general, es elevada a la fuerza para la regeneración por inyección posterior inyectando combustible en el pistón de expansión del motor o pistón de escape o inyectando combustible desde un inyector montado en el tubo de escape.

Sin embargo, elevar a la fuerza la temperatura del gas de escape mediante inyección de combustible puede reducir la economía del combustible o deteriorar el DPF (primariamente, el deterioro de un soporte (propio filtro) que soporta al catalizador) incrementando la carga térmica del DPF. Por tanto, como soporte del DPF han sido usados materiales tales como SiC, etc. con resistencia al calor sobresaliente. Sin embargo, los materiales tales como SiC, etc. son generalmente caros y contribuyen a incrementar el coste.

Además, cuando la temperatura del gas de escape es elevada a la fuerza mediante la inyección de combustible, un catalizador de oxidación de etapa previa es instalado en la parte de etapa previa (parte aguas arriba) del DPF para calentar efectivamente el gas de escape, o un catalizador de oxidación de etapa siguiente es instalado en la parte de etapa siguiente (parte aguas abajo) del DPF para oxidar el resto de HC, que es combustible no quemado en el gas de escape que ha pasado el DPF. Sin embargo, estos catalizadores de oxidación de etapas previa y posterior contribuyen también a elevar el coste.

Por tanto, se desea quemar definitivamente la PM para regenerar el DPF incluso a temperatura ambiente baja como es el caso de una operación regular (regeneración continua). Sin embargo, un catalizador convencional como está establecido en la publicación de patente japonesa Nº. HEI6-29542 no proporciona rendimiento satisfactorio y la regeneración continua del DPF no ha sido aún conseguida.

Entretanto, un álcali (metal alcalino) es un catalizador eficaz. Sin embargo, un álcali es altamente reactivo al Si que frecuentemente está contenido en el material para el propio filtro del DPF y en el caso de que se use el álcali para el catalizador del DPF, el álcali puede degradar el propio DPF.

El documento FR 2 860 734 A1 describe el uso de óxidos mixtos con una estructura de perovskita como cocatalizador para reducir la temperatura de ignición del hollín (material en partículas) atrapado en un filtro de partículas diésel (Fig. 3). La fórmula general es:

A_xA'_1-xBO3 con 0 < x < 1.

Preferiblemente A es lantano.

A' es una tierra alcalina pero no es explícitamente Ba,

B es un elemento seleccionado entre Co, Fe, Mn, Ni, Ti y Sn.

En una realización aún más preferida la fórmula es:

La_xSr_1-xMnO₃ 0 < x < 1.

La presente invención ha sido creada a la vista de los problemas anteriores, y es un objeto de la presente invención proporcionar un filtro de partículas diésel y un sistema de control de emisiones de escape que pueda hacer descender la temperatura de inicio de la combustión de PM más que los convencionales.

Un filtro de partículas diésel según la presente invención contiene un soporte que tiene funciones de filtro y un oxido complejo de tipo perovskita llevado por el soporte y expresado por la siguiente fórmula (1):

(1)La_1-xBa_xMn_yFe_1-yO₃

(donde 0 < x < 0,7 y 0 ≤q y ≤q 1 en la fórmula (1) anterior).

En tal caso, en la fórmula (1) es preferible que 0,1 ≤q x ≤q 0,6.

Además, en la fórmula (1) es preferible que y = 0 ó y = 1, también.

Además, es preferible que el óxido complejo tipo perovskita esté presente en forma de partículas, sean formados poros finos en el soporte, y el diámetro de partícula del óxido complejo de tipo perovskita sea menor que el diámetro de poro fino del soporte.

Además, es preferible que un catalizador de oxidación que contiene al menos una clase elegida de Pt, Rh y Pd sea llevado por el soporte.

El sistema de control de emisiones de escape de los motores diésel según la presente invención es un sistema de filtro de partículas diésel instalado en un pasaje de gas de escape de un motor diésel que contiene el filtro de partículas diésel y un soporte que lleva un catalizador de oxidación instalado separado del filtro de partículas diésel.

Según el filtro de partículas diésel y el sistema de control de emisiones de escape, la temperatura de inicio de la combustión de la PM puede ser menor que la convencional.

Fig. 1, es una vista esquemática que explica la estructura de perovskita;

Fig. 2, es una gráfica que muestra el diámetro de poro fino medio del soporte de DPF y la tasa de captura de PM;

Fig. 3, es un diagrama que muestra la reducción de la temperatura de oxidación de la PM por adición de metales nobles;

Fig. 4, es un diagrama que muestra un sistema de escape de un motor diésel equipado con un sistema DPF como una realización de la presente invención;

Fig. 5 es un diagrama esquemático que muestra un sistema de escape de un motor diésel dotado de un sistema DPF como un ejemplo modificado de la presente invención;

Fig. 6, es un diagrama esquemático que muestra un sistema de escape de un motor diésel equipado con un sistema DPF como otro ejemplo modificado de la presente invención;

Fig. 7, es un diagrama que muestra esquemáticamente un método para encontrar la temperatura de inicio de la combustión a partir de una curva TG;

Fig. 8, es una gráfica que muestra los resultados de los Ejemplos 1 a 7 y los Ejemplos comparativos 1 a 4, y es una gráfica que muestra los cambios en la temperatura de inicio de la combustión de la PM simulada y el área superficial específica cuando la razón de sustitución de Ba es modificada en La_1-xBa_xFeO₃;

Fig. 9, es una gráfica que muestra los resultados de los Ejemplos 8 y 9 de la presente invención y los Ejemplos comparativos 5 y 6; y

Fig. 10, es una gráfica que muestra los resultados del Ejemplo 10 de la presente invención y el Ejemplo comparativo 7.

I. Descripción general

Un sistema de filtro de partículas diésel (en lo que sigue denominado arbitrariamente "el sistema DPF de la presente invención") incluye un soporte de DPF que tiene función...

1. Filtro de partículas diésel, que comprende: un soporte que tiene funciones de filtro; y un óxido complejo de tipo perovskita llevado por el soporte y expresado por la siguiente fórmula (1):

(1)La_1-xBa_xMn_yFe_1-yO₃

donde 0 < x < 0,7 y 0 ≤q y ≤q 1 en la fórmula (1) anterior.

2. Filtro de partículas diésel según la reivindicación 1, en el que 0,1 ≤q x ≤q 0,6 en la fórmula (1) anterior.

3. Filtro de partículas diésel según la reivindicación 1 ó 2, en el que y=0 en la fórmula (1) anterior.

4. Filtro de partículas diésel según la reivindicación 1 ó 2, en el que y=1 en la fórmula (1) anterior.

5. Filtro de partículas diésel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el óxido complejo de tipo perovskita está presente en forma de partículas, son formados poros finos en el soporte, y el diámetro de partícula del óxido complejo de tipo perovskita es menor que el diámetro de poro fino del soporte.

6. Filtro de partículas diésel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que un catalizador de oxidación que contiene al menos una clase elegida de Pt, Rh y Pd es llevado por el soporte.

7. Sistema de control de emisiones de escape instalado en un pasaje de gas de escape de un motor diésel, que comprende: el filtro de partículas diésel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y un soporte que lleva un catalizador de oxidación instalado separado del filtro de partículas diésel.