Sistema de tratamiento posterior de gas de escape para un motor de combustión interna.

Sistema de tratamiento posterior de gas de escape, en particular para un motor de combustión interna deautoencendido,

con un catalizador DeNOx empleado en una tubería de gas de escape, un filtro de partículas y undispositivo de introducción de un agente reductor, un quemador, estando dispuestos el quemador, que es unquemador escalonado, el filtro de partículas, el dispositivo de introducción y el catalizador DeNOx en estasecuencia en la tubería del gas de escape, caracterizado por que en el caso del quemador escalonado la primeraetapa está conectada para un acondicionamiento térmico del catalizador o bien de los catalizadores y del sistemade filtro de partículas y, adicionalmente, la segunda etapa está conectada para una regeneración térmica del filtrode partículas.

Sistema de tratamiento posterior de gas de escape para un motor de combustión interna La invención se refiere a un sistema de tratamiento posterior de gas de escape, en particular para un motor de combustión interna de autoencendido, con un catalizador DeNOx empleado en una tubería de gas de escape, un filtro de partículas y un dispositivo de introducción de agente reductor.

Un sistema de tratamiento posterior de gas de escape de este tipo se conoce del documento EP 1 054 722 B1. El sistema de tratamiento posterior de gas de escape descrito en este documento es un sistema para la reducción catalítica selectiva (SCR – siglas en inglés) para el tratamiento de NOx y un filtro de partículas para el tratamiento de gas de escape de la combustión con contenido en partículas residuales, que comprende un catalizador de oxidación, un filtro de partículas, un dispositivo de incorporación de un agente reductor y un catalizador SCR que, además de ello, están conectados en la tubería de gas de escape en esta secuencia.

El documento WO 2008/137028 A1 da a conocer un sistema de tratamiento posterior de gas de escape con quemador, DPF y catalizador SCR.

A partir del documento WO 2008/103109 A1 se conoce un procedimiento de control para controlar un sistema de tratamiento posterior de gas de escape con catalizador de oxidación Diesel, DPF y SCR.

El documento DE 10 2004 019 659 muestra un dispositivo de control de las emisiones de gas de escape con quemador, catalizador de oxidación y filtro de partículas.

En el documento EP 0 719 911 se da a conocer un dispositivo para la regeneración de un filtro de partículas con quemador de dos etapas.

La invención tiene por misión continuar desarrollando un sistema de este tipo, en particular en relación con la posibilidad de regeneración del filtro de partículas y de la eficacia del tratamiento posterior catalítico de NOx.

La invención se basa, primero, en el reconocimiento de que los límites de emisión EU6 / Tier4 previsiblemente obligarán finalmente a los diseñadores y fabricantes de camiones y autobuses así como de motores industriales, a pasar a emplear conjuntamente filtros de partículas (Diesel) y sistemas DeNOx (por ejemplo catalizadores SCR) .

En este caso, ante todo es problemático:

Las bajas temperaturas del gas de escape de motores de combustión interna de autoencendido (motores Diesel) dificultan grandemente una purificación química o física del gas de escape. La reducción de los óxidos nitrogenados (NOx) tiene lugar, por norma general, mediante sistemas catalíticos, por ejemplo un catalizador SCR. Sin embargo, éstos funcionan sólo eficazmente en una ventana de temperaturas a partir de aprox. 300 ºC. También los filtros de partículas que se regeneran de forma continua trabajan asimismo sólo a partir de aprox. 250 ºC. Por debajo de 300 ºC no es posible, o sólo lo es con una gran complejidad un tratamiento posterior eficaz del gas de escape. En el caso de vehículos industriales, las temperaturas del gas de escape en el funcionamiento diario caen en el caso de muchas aplicaciones a menudo claramente por debajo de 300 ºC.

La Legislación ha reconocido estas circunstancias y ha reaccionado con el nuevo ciclo de examen dinámico muy frío WHTC (World-Harmised-Transiet-Cycle) para aplicaciones en carretera. Para aplicaciones de todo terreno, existe el ciclo de examen NRTC (Nonroad Transient Cycle) .

Uso de AGR

Para la reducción de las emisiones brutas de NOx emitidas por el motor de combustión interna de autoencendido es habitual el empleo de un retorno del gas de escape (AGR – siglas en alemán) externo enfriado. En este caso, el gas de escape se recoge, se enfría y se mezcla de nuevo con el aire de combustión aspirado. Con ello se alcanza una reducción de la presión parcial de N2 que actúa en contra de la formación de NOx nocivo durante la combustión. Mediante la disminución del contenido en O2 en la recirculación de gas de escape en el aire aspirado del motor resultan, sin embargo, emisiones adicionales de partículas. El gas de escape a retornar debe enfriarse, el refrigerador a instalar es costoso y ocupa en el vehículo un espacio valioso. En el caso de utilizar un retorno del

gas de escape se requiere una técnica de medición y de regulación muy compleja para la determinación de la velocidad de retorno del gas de escape. El control electrónico del motor de combustión interna debe poder determinarse y regularse con exactitud en cada estado de funcionamiento de la velocidad de retorno del gas de escape. Sensores y algoritmos de reguladores correspondientes en el aparato de control son costosos de desarrollar. Un gran número de sensores para la regulación del recorrido del aire es muy caro y conlleva el riesgo de una robustez menor.

Inyección a alta presión En el caso de emplear un retorno de gas de escape se puede actuar en contra de la formación creciente de emisiones de partículas durante la combustión mediante una presión de inyección elevada del combustible. Presiones de inyección elevadas requieren componentes nuevos y costosos del sistema de inyección, por ejemplo en forma de un sistema colector general de admisión.

Cristalización En el caso de la aplicación de catalizadores SCR, al gas de escape se le aporta, delante del catalizador, una disolución acuosa de urea que en el gas de escape se descompone en vapor de agua y NH3. Si esto sucede a temperaturas del gas de escape demasiado bajas puede producirse la formación de una cristalización. Estas acumulaciones locales, por ejemplo en forma de melamina, pueden conducir, en el peor de los casos, a una obstrucción de la instalación del gas de escape.

NTE (Not to Exceed – No sobrepasar)

La “Not-To-Exceed Area” (“zona a no sobrepasar”) obliga al diseñador a unificar muy intensamente la emisión de gases de escape nocivos en toda la zona de funcionamiento del motor de combustión interna. Esta unificación requerida por el legislador se opone al fundamento de la física de que la formación de óxidos nitrogenados es, entre otros, una función del tiempo. En el caso de una combustión en el motor de combustión interna resultan, por lo tanto, un número relativamente elevado de óxidos nitrogenados a bajos números de revoluciones. La exigencia “NTE” representa un agravamiento considerable del requisito establecido a las emisiones de sustancias nocivas de los motores de combustión interna.

Este problema establecido se resuelve mediante un sistema de tratamiento posterior de gas de escape según las reivindicaciones 1 a 8.

En el caso de la ejecución de la invención, el sistema del quemador está realizado como sistema escalonado. En este caso, la primera etapa del quemador está realizada de modo que con esta etapa se alcanzan temperaturas del gas de escape en el intervalo de aprox. 300 ºC. Esta etapa se ejecuta, por ejemplo, de modo que al quemador le pueden ser aportados, a través de un dispositivo con toberas de combustible, combustible y, además, aire de combustión, y el aire de combustión es mezclado con el combustible que sale del dispositivo con toberas de combustible en una tobera atomizadora de paso de aire en espiral conectada a continuación.

Esta ejecución hace posible, mediante el empleo de un quemador, una función claramente mejorada de todo el sistema de tratamiento posterior de gas de escape. El empleo del quemador posibilita un calentamiento activo del sistema de tratamiento posterior de gas de escape con los componentes expuestos.

El dispositivo de introducción de agente reductor y el catalizador DeNOx se emplean para la reducción de óxidos nitrogenados en el gas de escape. A través del dispositivo de introducción se introduce en la tubería de gas de escape, por ejemplo, una disolución acuosa de urea (AdBlue) que en el catalizador SCR reacciona con los óxidos nitrogenados en el gas de escape. Para esta reacción se requiere, en el caso de los grados de eficacia elevados pretendidos, una temperatura del gas de escape de al menos aprox. 300 ºC.

En un perfeccionamiento de la invención, en la dirección de flujo del gas de escape está dispuesto, a continuación del quemador, un catalizador de oxidación Diesel en la tubería del gas de escape. Esta ejecución representa un perfeccionamiento particularmente ventajoso, con el que se continúan mejorando las posibilidades del empleo y la reducción de las emisiones de gas de escape nocivas de un sistema de tratamiento posterior de gas de escape de este tipo. Mientras que conforme a la ejecución según las reivindicaciones 1 y 2 independientes, el quemador debe estar ejecutado de manera que con éste se alcance un rendimiento térmico... [Seguir leyendo]

1. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape, en particular para un motor de combustión interna de autoencendido, con un catalizador DeNOx empleado en una tubería de gas de escape, un filtro de partículas y un 5 dispositivo de introducción de un agente reductor, un quemador, estando dispuestos el quemador, que es un quemador escalonado, el filtro de partículas, el dispositivo de introducción y el catalizador DeNOx en esta secuencia en la tubería del gas de escape, caracterizado por que en el caso del quemador escalonado la primera etapa está conectada para un acondicionamiento térmico del catalizador o bien de los catalizadores y del sistema de filtro de partículas y, adicionalmente, la segunda etapa está conectada para una regeneración térmica del filtro de partículas.

2. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape según la reivindicación 1, caracterizado por que en la dirección de flujo del gas de escape está dispuesto, a continuación del quemador, un catalizador de oxidación Diesel en la tubería del gas de escape.

1.

3. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el quemador está regulado en potencia.

4. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape según una de las reivindicaciones precedentes, 20 caracterizado por que el quemador puede ser conectado y desconectado periódicamente.

5. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape según la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda etapa es un quemador catalítico.

6. Sistema de tratamiento posterior de gas de escape según la reivindicación 5, caracterizado por que el acondicionamiento térmico tiene lugar en el intervalo de aprox. 300 ºC a 400 ºC.