Conducto de escape y procedimiento para la regeneración de un filtro de hollín.

Conducto de escape de un motor de combustión interna, de manera especial de un motor de combustión interna diesel,

que comprende un filtro de hollín (12) y una instalación (16) para la regeneración del filtro de hollín (12), caracterizada porque la instalación (16) comprende una unidad de procesamiento (20, 24, 42) para la regeneración del filtro de hollín (12), por medio de la cual puede introducirse en el conducto de escape un aditivo, que comprende un catalizador para la regeneración, o un producto de conversión del mismo, aguas abajo del motor de combustión interna y aguas arriba del filtro de hollín (12), representando el aditivo una suspensión de un catalizador nanoestructurado o una solución de un coloide metálico.

Conducto de escape y procedimiento para la regeneración de un filtro de hollín

Estado de la técnica

La invención se refiere a un conducto de escape de un motor de combustión interna, del tipo que ha sido definido con mayor detalle en la parte introductoria de la reivindicación 1, así como a un procedimiento para la regeneración de un filtro de hollín, del tipo que ha sido definido con mayor detalle en la parte introductoria de la reivindicación 15.

Se plantean elevadas exigencias a los motores de combustión interna, especialmente a los motores de combustión interna de los vehículos automóviles, en lo que se refiere a sus emisiones. Por lo tanto, constituye un objetivo permanente emplear procedimientos eficientes para la purificación de los gases de escape. De manera especial en el caso de los motores de combustión interna diesel es deseable, por motivos toxicológicos, que los gases de escape, que son emitidos al medio ambiente, presenten una concentración en hollín tan baja como sea posible. Con esta finalidad, puede dotarse al conducto de escape correspondiente con un filtro de hollín, equipado con substratos correspondientes.

Sin embargo, los filtros de hollín únicamente tienen una capacidad de absorción limitada de tal manera, que tiene que ser regenerado cuando se alcance un determinado grado de carga, que puede ser determinado, por ejemplo, a través de una diferencia de presión, medida en el filtro de hollín. La regeneración puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante la oxidación del hollín, que se ha depositado, por medio del oxígeno contenido en los gases de escape, que se envía en exceso al motor de combustión interna. Para iniciar la oxidación tiene que alcanzarse una temperatura mínima de encendido sobre el filtro de hollín. Más allá de la temperatura de encendido, la energía liberada por la combustión del hollín puede mantener la reacción.

Sin embargo, en el caso de los motores de combustión interna diesel de los modernos vehículos automóviles, la temperatura de los gases de escape correspondientes es, frecuentemente, demasiado baja como para iniciar una regeneración térmica. Así pues, se recurre a medidas en el interior del motor, que conduzcan a un aumento de la temperatura de los gases de escape. Estas medidas pueden consistir, por ejemplo, en la modificación del desarrollo de la inyección y/o de la proporción de reciclo de los gases de escape, siendo siempre deseable que no quede perjudicada la dinámica de marcha del correspondiente vehículo automóvil.

De manera alternativa o, incluso de manera adicional, es posible emplear medidas situadas detrás del motor para aumentar la temperatura del filtro. A modo de ejemplo, pueden calentarse los gases residuales, que penetran en el filtro de hollín, o puede calentarse el propio filtro de hollín. De igual modo, se conoce el empleo de los denominados quemadores catalíticos para aumentar la temperatura en el filtro de hollín.

Todas estas medidas, destinadas a aumentar la temperatura, están relacionadas con un coste adicional de energía.

Otro problema, que se presenta a la hora de la regeneración de los filtros de hollín, corresponde al control de la temperatura. De este modo, puede producirse, una vez sobrepasada la temperatura de encendido, que es necesaria para la oxidación del hollín, un reforzamiento autónomo de la reacción, que conduce a un claro aumento de la temperatura del correspondiente filtro de hollín, lo cual puede conducir, en caso dado, a un deterioro irreversible de la estructura del filtro de hollín.

Con el fin de reducir el coste de la ingeniería química a la hora de la oxidación del hollín, que se ha depositado sobre el filtro de hollín y, con el fin de reducir, al mismo tiempo, el peligro de un deterioro de la estructura del filtro, se conoce un procedimiento, según el cual se añade un aditivo al combustible, que es conducido para la combustión en el motor de combustión interna, cuyo aditivo se encarga en el conducto de escape sobre el filtro de hollín de que se reduzca significativamente la temperatura, que es necesaria para la regeneración del filtro de hollín. Así pues, el aditivo actúa a modo de catalizador.

Los aditivos, que son conocidos hasta ahora, están constituidos de tal manera, que abarcan un átomo metálico, que forma un complejo con ligandos orgánicos, que protegen al átomo metálico contra una oxidación y que posibilitan mantener en solución a los aditivos en el combustible diesel. A la hora de la combustión del combustible en el motor de combustión interna se destruye la estructura orgánica. El átomo metálico, o bien su óxido, se incorpora en la estructura de la partícula de hollín, que se genera durante la combustión, y actúa entonces como catalizador altamente dispersado a la hora de la regeneración del filtro de hollín, que acelera considerablemente una oxidación del hollín.

Tras la regeneración del filtro de hollín se deposita sobre el filtro de hollín una denominada ceniza del filtro, en la que está contenido el metal, que ha sido utilizado como catalizador, en forma de un óxido o incluso en forma de una sal, por ejemplo en forma de sulfato. Las cenizas del filtro no pueden ser eliminadas con ayuda de procedimientos térmicos de regeneración. Por el contrario, las cenizas del filtro conducen a un aumento constante de la denominada contrapresión de los gases de escape, lo cual conduce, a su vez, a un tiempo de utilización limitado del filtro de hollín.

A la hora de la elección del metal, que actúa como catalizador, que está contenido en el aditivo, debe tenerse en cuenta que no se establezcan propiedades secundarias negativas durante la conversión en el motor de combustión interna, por ejemplo una modificación de una calidad del aceite del motor o una formación de depósitos de los productos de carbonización. Ejemplos de los metales, que han sido empleados hasta ahora, son el cerio o el hierro. En este caso, las cantidades formadas de cenizas del aditivo en las cenizas del filtro toman un valor de hasta 100 mg de cerio o bien de 35 mg de hierro por kilogramo de combustible, que ha sido quemado en el motor de combustión interna.

Los catalizadores de mayor actividad, tal como por ejemplo el platino, no han podido ser empleados hasta ahora puesto que sus compuestos solubles en el combustible están clasificados como cuestionablemente tóxicos.

Por otra parte, se ha descrito en la publicación US 4, 655, 690 A el sistema de escape de un motor de combustión interna, en el cual se introduce en el sistema de escape un material favorecedor de la combustión aguas arriba de un filtro de partículas.

Ventajas de la invención El conducto de escape, de conformidad con la invención, de un motor de combustión interna, especialmente de un motor de combustión interna diesel, con las características indicadas en la parte introductoria de la reivindicación 1, en cuyo conducto de escape, la instalación para la regeneración del filtro de hollín comprende una unidad de procesamiento, por medio de la cual se introduce en el conducto de escape un aditivo, que comprende un catalizador para la regeneración, o un producto de conversión del mismo aguas abajo del motor de motor de combustión interna y aguas arriba del filtro de hollín, tiene la ventaja de que el aditivo no se conduce a través del motor de combustión interna de tal manera, que se eliminan las restricciones en lo que se refiere a la elección del aditivo, que son producidas por el motor de combustión interna.

Por el contrario, es posible el empleo de aditivos tales como los metales nobles, que presenten, a la hora de la oxidación del hollín en el filtro de hollín, una actividad catalítica considerablemente mayor que la de los aditivos aportados hasta ahora al combustible para los motores de combustión interna y, por lo tanto, también aportados a los motores de combustión interna, que podrían conducir a una carbonización de las toberas o de las válvulas con ocasión de una conversión en la cámara de combustión del motor de combustión interna, como ocurriría en el caso de los catalizadores a base de los elementos del grupo de los metales del hierro.

El aditivo, que constituye el catalizador propiamente dicho, o un precursor del mismo, debería elegirse de tal manera, que no existiesen reparos toxicológicos. Por otra parte, la elección debería asegurar que no se obstruyesen los poros del filtro de hollín debido al catalizador, lo cual tendría como consecuencia un aumento rápido de la contrapresión de los gases de escape.

El punto de la dosificación del producto catalíticamente activo en el conducto de escape se encuentra situado, por ejemplo, en la zona del colector, aguas abajo de un... [Seguir leyendo]

1. Conducto de escape de un motor de combustión interna, de manera especial de un motor de combustión interna diesel, que comprende un filtro de hollín (12) y una instalación (16) para la regeneración del filtro de hollín (12) , caracterizada porque la instalación (16) comprende una unidad de procesamiento (20, 24, 42) para la regeneración del filtro de hollín (12) , por medio de la cual puede introducirse en el conducto de escape un aditivo, que comprende un catalizador para la regeneración, o un producto de conversión del mismo, aguas abajo del motor de combustión interna y aguas arriba del filtro de hollín (12) , representando el aditivo una suspensión de un catalizador nanoestructurado o una solución de un coloide metálico, y en donde la instalación (16) para la regeneración del filtro de hollín (12) comprende una instalación de calentamiento (18) .

2. Conducto de escape según la reivindicación 1, caracterizada porque está asociado un recipiente de reserva (22, 32, 42) para el aditivo con la unidad de procesamiento (20, 24, 42) .

3. Conducto de escape según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque está asociada una instalación dosificadora (24) con la unidad de procesamiento (20, 24) .

4. Conducto de escape según la reivindicación 3, caracterizada porque la instalación dosificadora (24) se encuentra en conexión con una unidad de control (26) .

5. Conducto de escape según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la unidad de procesamiento (20) comprende una instalación convertidora para el aditivo, que comprende al catalizador.

6. Conducto de escape según la reivindicación 5, caracterizada porque la instalación convertidora (20) comprende un quemador o un elemento de calentamiento.

7. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la unidad de procesamiento

(42) coopera con un sensor de hollín (44) .

8. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la unidad de procesamiento coopera con un control electrónico del motor.

9. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la unidad de procesamiento coopera con un sistema de gestión del filtro.

10. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el aditivo, que comprende al catalizador, está contenido en un medio líquido.

11. Conducto de escape según la reivindicación 10, caracterizada porque el medio líquido es un disolvente acuoso y/o un disolvente orgánico.

12. Conducto de escape según la reivindicación 10, caracterizada porque el medio líquido es un combustible.

13. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la unidad de procesamiento comprende un medio para la conducción turbulenta de los gases de escape.

14. Conducto de escape según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque el filtro de hollín está recubierto con un revestimiento sellante poroso (washcoat) .

15. Procedimiento para la regeneración de un filtro de hollín (12) , que está dispuesto en un conducto de escape (10, 20, 40) de un motor de combustión interna, cuyas etapas comprenden:

- el empleo de un aditivo, que actúa sobre el filtro de hollín (12) durante la regeneración;

- el aumento de la temperatura del filtro de hollín (12) de tal manera, que se oxiden las partículas de hollín, que se han depositado sobre el mismo,

caracterizado porque se introduce el aditivo, o un producto de conversión del mismo, en el conducto de escape (10, 20, 40) en un punto, que se encuentra situado entre el motor de combustión interna y el filtro de hollín (12) , y porque el aditivo representa una suspensión de un catalizador nanoestructurado o una solución de un coloide metálico, y porque la temperatura en el filtro de hollín (12) se ajusta mediante una instalación de calentamiento (18) de una instalación (16) para la regeneración del filtro de hollín (12) .

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido en continuo.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido de manera discontinua.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido en función de una concentración en hollín de los gases de escape.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido en función de una contrapresión de los gases de escape.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido en el conducto de escape por medio de la evaporación de un líquido.

21. Procedimiento según las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el aditivo, o su producto de conversión, es introducido en el conducto de escape por medio de la combustión de un combustible.