Sistema de purificación de gases de escape de motor de combustión interna.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna en el que un catalizador (13) de purificación de gases de escape está dispuesto en un conducto de escape del motor para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape e hidrocarburos reformados,
una superficie de flujo de gases de escape del catalizador (13) de purificación de gases de escape porta un catalizador (51, 52) de metales preciosos y una parte (54) de superficie de flujo de gases de escape básica está formada alrededor del catalizador (51, 52) de metales preciosos, el catalizador (13) de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en los gases de escape si se provoca una vibración de la concentración de hidrocarburos que fluyen al interior del catalizador (13) de purificación de gases de escape dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape si se prolonga el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos más que el intervalo predeterminado, y, en el momento del funcionamiento del motor, la concentración de hidrocarburos que fluyen al interior del catalizador (13) de purificación de gases de escape se hace vibrar dentro de dicho intervalo predeterminado de amplitud y dentro de dicho intervalo predeterminado de periodo y se reduce de ese modo el NOx que está contenido en los gases de escape en el catalizador (13) de purificación de gases de escape, en el que en dicho catalizador (13) de purificación de gases de escape, el NOx contenido en los gases de escape e hidrocarburos reformados se hace reaccionar produciéndose de ese modo un producto intermedio reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos y en el que el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos es el periodo de vibración requerido para continuar produciendo el producto intermedio reductor.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2010/054730.
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:
- F01N3/08 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 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).
- F02D41/04 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02D CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios para el control automático de la velocidad en vehículos, que actúan sobre una sola subunidad del vehículo B60K 31/00; control conjunto de subunidades del vehículo de diferente tipo o diferente función, sistemas de control de la propulsión de vehículos de carretera para propósitos distintos que el control de una sola subunidad B60W; válvulas de funcionamiento cíclico para los motores de combustión F01L; control de la lubrificación de los motores de combustión F01M; refrigeración de los motores de combustión interna F01P; alimentación de los motores de combustión con mezclas combustibles o constituyentes de las mismas, p. ej. carburadores, bombas de inyección, F02M; arranque de los motores de combustión F02N; control del encendido F02P; control de las plantas motrices de turbinas de gas, de las plantas motrices por propulsión a reacción o de las plantas motrices de productos de la combustión, ver las clases relativas a estas plantas). › F02D 41/00 Control eléctrico de la alimentación de mezcla combustible o de sus constituyentes (F02D 43/00 tiene prioridad). › introduciendo correcciones para condiciones particulares de funcionamiento (F02D 41/14 tiene prioridad).
PDF original: ES-2534759_T3.pdf
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 JP 396945 B2).
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.
Documentos de técnica anterior adicionales hacen referencia a sistemas de purificación de gases de escape. De manera particular, el documento JP 28 267217 A se refiere a un catalizador de reducción selectiva de NOx que está dispuesto en un conducto de escape y un catalizador de tipo de almacenamiento de NOx que puede ocluir NOx contenido en los gases de escape que está dispuesto en una posición aguas arriba del catalizador de reducción selectiva de NOx.
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 sistema de purificación de gases de escape de un motor de
combustión interna según la reivindicación 1. En él, un catalizador de purificación de gases de escape está
dispuesto en un conducto de escape del motor para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape e hidrocarburos reformados, una superficie de flujo de gases de escape del catalizador de purificación de gases de escape porta un catalizador de metales preciosos y una parte de superficie de flujo de gases de escape básica está formada alrededor del catalizador de metales preciosos, el catalizador de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en los gases de escape si se provoca una variación de la concentración de hidrocarburos que fluyen al interior del catalizador de purificación de gases de escape dentro de un intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un intervalo predeterminado de periodo y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape si se prolonga el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos más que el intervalo predeterminado y, en el momento del funcionamiento del motor, la concentración de hidrocarburos que fluyen al interior del catalizador de purificación de gases de escape se hace vibrar dentro del intervalo predeterminado de amplitud y dentro del intervalo
predeterminado de periodo y se reduce de ese modo el NOx que está contenido en los gases de escape en el
catalizador de purificación de gases de escape.
Efectos ventajosos de la invención
Incluso si la temperatura del catalizador de purificación de gases de escape pasa a ser una temperatura alta, puede obtenerse una tasa de purificación de NOx alta.
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 purificación de gases de escape.
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.
Las figuras 6A y 6B son vistas para explicar una reacción de oxidación-reducción en un catalizador de purificación de gases de escape.
Las figuras 7A y 7B son vistas 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.
La figura 9 es una vista de una tasa de purificación de NOx.
La figura 1 es un diagrama de tiempo 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 11 es un diagrama de tiempo 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 12 es una vista que muestra una relación entre una fuerza de oxidación de un catalizador de purificación de gases de escape y una relación aire-combustible mínima demandada X.
La figura 13 es una vista que muestra una relación entre una concentración de oxígeno en gases de escape y una amplitud AH de una concentración de hidrocarburos que aporta la misma tasa de purificación de NOx.
La figura 14 es una vista que muestra una relación entre una amplitud AH de una concentración de hidrocarburos y una tasa de purificación de NOx.
La figura 15 es una vista que muestra una relación de un periodo de vibración AT de una concentración de hidrocarburos y una tasa de purificación de NOx.
La figura 16 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
La figura 17 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
Las figuras 18A, 18B y 18C son vistas que muestran mapas de una cantidad de alimentación de hidrocarburo W, un periodo de alimentación AT de hidrocarburos y una relación aire-combustible base (A/F)b.
La figura 19 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
La figura 2 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
La figura 21 es una vista que muestra una relación entre valores de coeficientes de corrección WK-i, ATKi y AFKi y una temperatura de catalizador TC.
La figura 22 es una vista que muestra una relación entre valores de coeficientes de corrección WK2, ATK2 y AFK2 y la capacidad de oxidación M.
La figura 23 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape
que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
La figura 24 es una vista que muestra una relación entre un valor de un coeficiente de corrección WK3 y una cantidad contaminante de azufre S.
La figura 25 es un diagrama de tiempo que muestra cambios en una relación aire-combustible de gases de escape que fluyen al interior de un catalizador de purificación de gases de escape, etc.
La figura 26 es una vista que muestra una relación entre un valor de un coeficiente de corrección ATK4 y la capacidad de retención de producto intermedio N.
Las figuras 27 y 28 son un diagrama de flujo para el control de una cantidad de alimentación de hidrocarburo.
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Reivindicaciones:
1. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna en el que un catalizador (13) de purificación de gases de escape está dispuesto en un conducto de escape del motor para hacer reaccionar el NOx contenido en los gases de escape e hidrocarburos reformados, una superficie de flujo de gases de escape del catalizador (13) de purificación de gases de escape porta un catalizador (51, 52) de metales preciosos y una parte (54) de superficie de flujo de gases de escape básica está formada alrededor del catalizador (51, 52) de metales preciosos, el catalizador (13) de purificación de gases de escape tiene la propiedad de reducir el NOx que está contenido en los gases de escape si se provoca una vibración de la concentración de hidrocarburos que fluyen al Interior del catalizador (13) de purificación de gases de escape dentro de un Intervalo predeterminado de amplitud y dentro de un Intervalo predeterminado de periodo y tiene la propiedad de aumentar en la cantidad de almacenamiento de NOx que está contenido en los gases de escape si se prolonga el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos más que el Intervalo predeterminado, y, en el momento del funcionamiento del motor, la concentración de hidrocarburos que fluyen al Interior del catalizador (13) de purificación de gases de escape se hace vibrar dentro de dicho Intervalo predeterminado de amplitud y dentro de dicho intervalo predeterminado de periodo y se reduce de ese modo el NOx que está contenido en los gases de escape en el catalizador (13) de purificación de gases de escape, en el que en dicho catalizador (13) de purificación de gases de escape, el NOx contenido en los gases de escape e hidrocarburos reformados se hace reaccionar produciéndose de ese modo un producto intermedio reductor que contiene nitrógeno e hidrocarburos y en el que el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos es el periodo de vibración requerido para continuar produciendo el producto intermedio reductor.
2. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión Interna según la reivindicación
1, en el que el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos está entre ,3 segundos y 5 segundos.
3. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión Interna según la reivindicación
2, en el que el intervalo predeterminado de la amplitud de la concentración de hidrocarburos es de 2 ppm a 1 ppm.
4. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que dicho catalizador (51, 52) de metales preciosos hace que el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos reformados reaccione para producir el producto intermedio de reacción que contiene nitrógeno e hidrocarburo, el producto intermedio reductor producido se retiene sobre la parte (54) de superficie de flujo de gases de escape básica, una acción de reducción del producto intermedio reductor que está retenido sobre la parte (54) de superficie de flujo de gases de escape básica reduce el NOx, y el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos es el periodo de vibración necesario para continuar produciendo el producto intermedio reductor.
5. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que al menos uno de la amplitud de la concentración de hidrocarburos y el periodo de vibración de la concentración de hidrocarburos se cambia según la concentración de hidrocarburos o un estado del catalizador (13) de purificación de gases de escape.
6. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 5, en el que cuanto más alta es una relación aire-combustible base que muestra una relación aire- combustible de un gas de combustión para generar una salida de motor, mayor se hace la amplitud de la concentración de hidrocarburos.
7. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 5, en el que, alimentando intermitentemente hidrocarburos desde una válvula (15) de alimentación de hidrocarburos al interior del conducto de escape del motor o alimentando hidrocarburos al interior de una cámara (2) de combustión en una mitad posterior de una carrera de expansión o durante una carrera de escape, se hace que la concentración de hidrocarburos que fluyen al interior del catalizador (13) de purificación de gases de escape vibre dentro de dicho intervalo predeterminado de amplitud y dentro de dicho intervalo predeterminado de periodo, y se hace que cambie al menos uno de una cantidad de alimentación de hidrocarburos por inyección y un periodo de alimentación de hidrocarburos según la concentración de hidrocarburos o el estado del catalizador (13) de purificación de gases de escape.
8. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación
7, en el que si la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye, la cantidad de alimentación de hidrocarburos por inyección se reduce.
9. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación
8, en el que si la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye,
11.
12.
13.
14.
16.
17.
18.
el periodo de alimentación de hidrocarburos se acorta.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 9, en el que si la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye, una relación aire-combustible base que muestra una relación aire-combustible de un gas de combustión para generar una salida de motor se hace más pequeña.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 8, en el que cuando una temperatura del catalizador (13) de purificación de gases de escape es inferior a una temperatura de activación, se determina que la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 8, en el que un catalizador que tiene una función de oxidación o filtro (14) de partículas está dispuesto en el conducto de escape del motor aguas abajo del catalizador (13) de purificación de gases de escape y en el que se determina que la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye cuando un aumento de una temperatura de gases de escape en el tiempo desde cuando los gases de escape fluyen al interior del catalizador que tiene una función de oxidación o filtro (14) de partículas hasta cuando fluyen hacia fuera es mayor que un aumento de referencia predeterminado.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 8, en el que una cantidad de alimentación de hidrocarburos aumenta cuando una cantidad de consumo de oxígeno en el catalizador (13) de purificación de gases de escape es más pequeña que una cantidad de consumo de referencia predeterminada y en el que, en este momento, se determina que la capacidad de oxidación del catalizador (13) de purificación de gases de escape disminuye cuando una caída en la concentración de oxígeno en los gases de escape que fluyen hacia fuera del catalizador (13) de purificación de gases de escape es más pequeña que una caída de referencia predeterminada.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 7, en el que la cantidad de alimentación de hidrocarburos por inyección se aumenta cuando no hay suficiente cantidad de hidrocarburos requerida para una reducción de NOx en el catalizador (13) de purificación de gases de escape.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 14, en el que se determina que no hay suficiente cantidad de hidrocarburos requerida para una reducción de NOx en el catalizador (13) de purificación de gases de escape cuando una cantidad contaminante de azufre en un extremo de lado aguas arriba del catalizador (13) de purificación de gases de escape pasa a ser mayor que una cantidad contaminante de referencia predeterminada.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 14, en el que un catalizador que tiene una función de oxidación o filtro (14) de partículas está dispuesto en el conducto de escape del motor aguas abajo del catalizador (13) de purificación de gases de escape y en el que se determina que no hay suficiente cantidad de hidrocarburos requerida para una reducción de NOx en el catalizador (13) de purificación de gases de escape cuando un aumento de una temperatura de gases de escape en el tiempo desde cuando los gases de escape fluyen al interior del catalizador que tiene una función de oxidación o filtro (14) de partículas hasta cuando fluyen hacia fuera es más pequeño que un aumento de referencia predeterminado.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 14, en el que una cantidad de alimentación de hidrocarburos aumenta cuando una cantidad de consumo de oxígeno en el catalizador (13) de purificación de gases de escape es más pequeña que una cantidad de consumo de referencia predeterminada y en el que, en este momento, se determina que no hay suficiente cantidad de hidrocarburos requerida para una reducción de NOx en el catalizador (13) de purificación de gases de escape cuando una caída en la concentración de oxígeno en los gases de escape que fluyen hacia fuera desde el catalizador (13) de purificación de gases de escape es mayor que una caída de referencia predeterminada.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 14, en el que se determina que no hay suficiente cantidad de hidrocarburos requerida para una reducción de NOx en el catalizador (13) de purificación de gases de escape cuando una relación aire-combustible base que muestra una relación aire-combustible de un gas de combustión para generar una salida de motor se desvía hacia el lado pobre una cantidad predeterminada o más.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 14, en el que el periodo de alimentación de los hidrocarburos se hace más largo cuando la cantidad de alimentación de hidrocarburos pasa a ser una cantidad de referencia predeterminada o más.
2. Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 7, en el que el catalizador (51, 52) de metales preciosos hace que el NOx contenido en los gases de escape y los hidrocarburos reformados reaccione y produzca un producto Intermedio reductor que contiene 5 nitrógeno e hidrocarburos, el producto Intermedio reductor producido se retiene sobre la parte (54) de
superficie de flujo de gases de escape básica, y el periodo de alimentación de los hidrocarburos se hace más corto cuando la capacidad de retención del producto intermedio reductor disminuye.
21.
22.
23.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 2, en el que se determina que la capacidad de retención del producto intermedio reductor disminuye si una cantidad de amoniaco que fluye hacia fuera desde el catalizador (13) de purificación de gases de escape es más pequeña que una cantidad de referencia predeterminada cuando una relación aire-combustible de un gas de combustión en la cámara (2) de combustión se hace rica.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que dicho catalizador (51, 52) de metales preciosos está compuesto por platino Pt y al menos uno de rodio Rh y paladio Pd.
Sistema de purificación de gases de escape de un motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que una capa (53) básica que contiene un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, una tierra rara, o un metal que puede donar electrones al NOx está formada en la superficie de flujo de gases de escape del catalizador (13) de purificación de gases de escape y en el que la superficie de dicha capa (53) básica forma la parte (54) de superficie de flujo de gases de escape básica.
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