ES2232444T3 - Dispositivo para reducir componentes nocivos en el gas de escape de un motor de combustion interna, especialmente un motor de combustion interna diesel. - Google Patents
Dispositivo para reducir componentes nocivos en el gas de escape de un motor de combustion interna, especialmente un motor de combustion interna diesel.Info
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Abstract
Dispositivo para deducir componentes nocivos en el gas de escape de un motor de combustión interna, especialmente un motor de combustión interna diesel, con una tubería de gas de escape (1) en la que están dispuestos uno tras otro en la dirección (5) del flujo primero un catalizador de oxidación (2) y luego un filtro de partículas (3) para filtrar partículas contenidas en el gas de escape, presentando también el dispositivo un catalizador acumulador de NOx (4), caracterizado porque el catalizador acumulador de NOx (4) está integrado en el filtro de partículas (3) y formado por un revestimiento de acumulador de NOx (14, 18) del filtro de partículas, presentando el catalizador acumulador de NOx (4) un revestimiento de tres vías.
Description
Dispositivo para reducir componentes nocivos en
el gas de escape de un motor de combustión interna, especialmente un
motor de combustión interna diesel.
La invención se refiere a un dispositivo según el
preámbulo de la reivindicación 1.
En el transcurso del desarrollo de dispositivos
para reducir componentes nocivos en el gas de escape de un motor de
combustión interna, especialmente un motor de combustión interna
diesel, se han propuesto y dado ya a conocer una multitud de
medidas.
Para eliminar partículas del gas de escape de un
motor de combustible interna diesel se emplea un filtro de
partículas incorporado en la tubería del gas de escape. Sin embargo,
un filtro de partículas tiende a obstruirse con el tiempo y ha de
ser regenerado, lo que puede efectuarse mediante una combustión o
quemado de las partículas en el filtro. A este fin, es necesario la
temperatura de quemado a partir de aproximadamente 550ºC. Estas
temperaturas no se alcanzan en condiciones de funcionamiento
normales.
Para hacer posible el quemado de las partículas a
temperaturas más bajas se ha propuesto ya emplear aditivos en el gas
de escape, con los cuales se puede reducir la temperatura de
encendido de las partículas, pero en el estado de funcionamiento
normal del motor de combustión interna no es posible una reducción
de la temperatura de encendido hasta el rango de temperatura
necesario. Otro inconveniente del quemado repentino de las
partículas acumuladas en el filtro de partículas conduce también a
una fuerte solicitación del material del filtro.
Por tanto, es deseable una regeneración continua
del filtro de partículas por quemado. Se ha propuesto ya a este
respecto anteponer al filtro de partículas, en la tubería del gas de
escape, un catalizador de oxidación que, a partir del NO contenido
en el gas de escape, produzca NO_{2} con el cual se oxidan las
partículas de manera sustancialmente continua. Este sistema es en sí
conocido bajo la designación de sistema CRT. Un inconveniente de
este sistema es que se necesitan para la regeneración del filtro de
partículas cantidades relativamente grandes de óxidos de nitrógeno
que son ellos mismos un contaminante y que están sometidos a
limitaciones legales.
El documento
EP-A-0 758 713 divulga un
dispositivo para depurar el gas de escape de un motor de combustión
interna, especialmente un motor diesel, en el que están dispuestos
en la dirección del flujo del gas de escape, como respectivas
unidades independientes, un catalizador de oxidación, un filtro de
partículas y un absorbedor de NOx.
El documento
EP-A-0 862 941 describe un
dispositivo para reducir contaminantes nocivos en el gas de escape
de un motor de combustión interna, en el que el catalizador
acumulador de NOx está integrado en el filtro de partículas y
formado por un revestimiento acumulador de NOx.
La invención se basa en el problema de configurar
un dispositivo de la clase indicada al principio de modo que,
garantizando una regeneración continua del filtro de partículas, se
pueda mantener baja la proporción de los óxidos de nitrógeno en el
gas de escape.
Este problema se resuelve con las características
de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos de la
invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
Se explican seguidamente con más detalle ejemplos
de ejecución preferidos de la invención haciendo referencia a unos
dibujos simplificados. Muestra:
La Figura 1, un dispositivo no perteneciente a la
invención para reducir componentes nocivos en el gas de escape de un
motor de combustión interna;
la Figura 2, el dispositivo según la Figura 1 en
una ejecución modificada;
la Figura 3, el dispositivo según la
invención;
la Figura 4, el dispositivo según la Figura 3 en
otra ejecución modificada;
la Figura 5, el dispositivo según la Figura 3 en
otra ejecución modificada; y
la Figura 6, una representación esquemática de un
revestimiento filtrante de un elemento de filtro para una variante A
y una variante B.
En la Figura 1 se ha representado la tubería 1 de
gas de escape de un motor de combustión interna no representado,
especialmente un motor de combustión interna diesel, estando
dispuestos en la tubería 1 del gas de escape, uno tras otro en la
dirección 5 del flujo, un catalizador de oxidación 2, un filtro de
partículas 3 y un catalizador 4 acumulador de NOx, de modo que el
gas de escape expulsado por el motor de combustión interna circula
primero hacia el catalizador de oxidación 2, luego hacia el filtro
de partículas 3 y después hacia el catalizador 4 acumulador de NOx,
antes de que abandone la tubería 1 del gas de escape. Los
catalizadores 2, 4 y el filtro de partículas 3 están dispuestos en
sendas carcasas 6, 7, 8 que están unidas cada una de ellas por ambos
lados con la tubería 1 del gas de escape, de modo que, en el estado
de funcionamiento, el gas puede circular por las carcasas 6, 7, 8 y
los catalizadores 2, 4, así como por el filtro de partículas 3.
Entre las carcasas 6, 7, 8 puede estar prevista una distancia
respectiva que sea puenteada por segmentos de la tubería 1 del gas
de escape.
El funcionamiento de este dispositivo para
depurar el gas de escape de un motor de combustión interna,
especialmente un motor de combustión interna diesel, es el
siguiente. En el estado de funcionamiento, el gas de escape circula
por el catalizador de oxidación 2, luego por el filtro de partículas
3 y a continuación por el catalizador 4 acumulador de NOx. Se hacen
reaccionar entonces CO y HC en el catalizador de oxidación 3 y se
genera NO_{2}. En el filtro de partículas 3 se degradan
continuamente las partículas acumuladas, quemándose éstas y
regenerándose al mismo tiempo el filtro de partículas 3. En el
catalizador 4 acumulador de NOx se adsorbe NOx, siendo éste reducido
por un revestimiento de tres vías en el caso de una composición rica
del gas de escape que se ajusta por medio del motor de combustión
interna. Estas medidas, es decir, el enriquecimiento, se efectúan
durante el flujo con el gas de escape, por ejemplo a intervalos de
tiempo predeterminados.
En el ejemplo según la Figura 2, en el que las
partes iguales o comparables están provistas de los mismos símbolos
de referencia, el catalizador de oxidación 2 está dispuesto en
combinación con el filtro de partículas 3, por ejemplo en el lado de
admisión. El catalizador de oxidación 2 puede estar integrado
también en la zona del lado de entrada del filtro de partículas 3,
por ejemplo por medio de un revestimiento de catalizador de
oxidación del lado de admisión o de la zona del lado de admisión del
filtro de partículas. Se consigue de este modo una construcción
compacta y pequeña, ahorrándose el espacio de construcción existente
o aprovechándose éste de forma más eficaz.
En el ejemplo de ejecución según la Figura 3, en
el que las partes iguales o comparables están provistas de los
mismos símbolos de referencia, el catalizador 4 acumulador de NOx
está dispuesto, en combinación con el filtro de partículas 3, en el
lado de salida y/o en el lado de admisión de éste, o bien está
integrado en el filtro de partículas 3. En este caso, el
catalizador 4 acumulador de NOx puede estar formado por un
revestimiento de catalizador acumulador de NOx, con el cual esté
revestido el lado de salida y/o el lado de admisión y/o la zona de
entrada y/o la zona de salida o el paso de flujo del filtro de
partículas 3.
Se consigue una construcción especialmente
compacta cuando el catalizador de oxidación 2 y el catalizador 4
acumulador de NOx están dispuestos en combinación con el filtro de
partículas 3, tal como muestra la Figura 4, en la que los
componentes iguales o comparables están designados también con los
mismos símbolos de referencia. En esta disposición o ejecución el
catalizador de oxidación 2 puede estar dispuesto en el lado de
admisión o estar integrado en el filtro de partículas en la zona del
lado de admisión, y el catalizador 4 acumulador de NOx puede estar
integrado en el lado de salida del filtro de partículas 3 o en la
zona del mismo del lado de salida. En estos dos casos el catalizador
de oxidación 2 puede estar formado por un revestimiento de
catalizador de oxidación con el cual esté revestido el filtro de
partículas 3 en el lado de admisión o en la zona de su lado de
admisión, y el catalizador 4 acumulador de NOx puede estar formado
por un revestimiento de catalizador acumulador de NOx con el cual
esté revestido el filtro de partículas 3 en el lado de salida o en
la zona de su lado de salida.
Dado que el azufre contenido en el carburante es
nocivo para un catalizador de oxidación 2 y un catalizador 4
acumulador de NOx, es ventajoso en todos los ejemplos de ejecución
anteriormente descritos y a describir todavía que se asocie al
dispositivo para depurar el gas de escape un dispositivo de
aminoración de azufre que puede disponerse delante del catalizador
de oxidación 2 en la dirección 5 del flujo. Este dispositivo de
aminoración de azufre antepuesto puede estar formado por una trampa
de azufre 9 con la que se adsorba SOx de manera en sí conocida, tal
como se ha representado en la Figura 5. Un dispositivo de
aminoración de azufre antepuesto, especialmente una trampa de azufre
9, puede estar antepuesto también en todos los demás ejemplos de
ejecución, lo que no se ha representado.
La Figura 6 muestra en representación esquemática
la integración de un catalizador de oxidación y un adsorbedor de NOx
en el filtro con ayuda de dos ejemplos A y B. Se ha representado un
filtro 10 constituido por una multitud de elementos de filtro 11 que
están representados aquí a título de ejemplo con una sección
transversal cuadrada. Son posibles otras formas de sección
transversal, por ejemplo una sección transversal rectangular,
redonda u ovalada, y éstas pueden utilizarse de conformidad con los
requisitos.
En otra parte de la Figura 6 se han representado
a título de ejemplo dos variantes posibles A y B del revestimiento
de un elemento de filtro. Una pared de filtro porosa 12, que está
constituida usualmente por un material cerámico, forma el elemento
de filtro tubular 11 en cuyo interior entra el gas de escape a
depurar, representado por una flecha negra. El gas de escape pasa al
exterior a través de la pared de filtro revestida 12, representado
por las flechas alternantes al tresbolillo, siendo depurado el gas
de escape con el paso por la pared 12 del filtro. El gas de escape
depurado, representado por una flecha blanca, sale después (no
representado) del filtro 10 constituido por elementos de filtro
11.
En la variante A el elemento de filtro 11
presenta en el lado de entrada un revestimiento de platino 13 que
está aplicado sobre el lado de entrada exterior del recinto interior
del elemento de filtro 11. Asimismo, el lado interior adyacente del
elemento de filtro 11 está provisto de un revestimiento 14
acumulador de NOx. Usualmente, el revestimiento acumulador de NOx
está aplicado solamente sobre el lado interior del tubo de la pared
12, ya que el cierre frontal 15 del elemento de filtro consiste, por
motivos de estabilidad, en un tapón de un espesor de hasta 20 mm,
mientras que el espesor de pared del filtro poroso es de
aproximadamente 1-2 mm. No obstante, empleando un
cierre más delgado 15, éste puede estar provisto también de un
revestimiento acumulador de NOx. El lado exterior del elemento de
filtro 11 está provisto de un revestimiento 16 de tres vías, de modo
que el gas de escape pasa primero por el revestimiento 13 de Pt,
luego circula por el revestimiento 14 acumulador de NOx y a
continuación por el revestimiento 16 de tres vías.
La variante B presenta también en el lado de
entrada un revestimiento 13 de Pt. A continuación siguen por el lado
interior, de dentro a fuera, un revestimiento 14 acumulador de NOx y
un revestimiento interior 17 de tres vías. Sobre el lado exterior de
la pared porosa 12 está aplicado otro revestimiento 18 acumulador de
NOx y a continuación de éste un revestimiento exterior 16 de tres
vías. También aquí es posible un revestimiento en ambos lados del
cierre 15 del tubo.
| 1 | Tubería de gas de escape |
| 2 | Catalizador de oxidación |
| 3 | Filtro de partículas |
| 4 | Catalizador acumulador de NOx |
| 5 | Dirección de flujo |
| 6 | Carcasa |
| 7 | Carcasa |
| 8 | Carcasa |
| 9 | Trampa de azufre |
| 10 | Filtro con catalizador de oxidación/acumu- |
| lador de NOx integrados | |
| 11 | Elemento de filtro |
| 12 | Pared |
| 13 | Revestimiento de Pt |
| 14 | Revestimiento interior acumulador de NOx |
| 15 | Cierre |
| 16 | Revestimiento \; exterior de catalizador de |
| tres vías | |
| 17 | Revestimiento interior de tres vías |
| 18 | Revestimiento \; exterior acumulador \; de |
| NOx. |
Claims (12)
1. Dispositivo para deducir componentes nocivos
en el gas de escape de un motor de combustión interna, especialmente
un motor de combustión interna diesel, con una tubería de gas de
escape (1) en la que están dispuestos uno tras otro en la dirección
(5) del flujo primero un catalizador de oxidación (2) y luego un
filtro de partículas (3) para filtrar partículas contenidas en el
gas de escape, presentando también el dispositivo un catalizador
acumulador de NOx (4), caracterizado porque el catalizador
acumulador de NOx (4) está integrado en el filtro de partículas (3)
y formado por un revestimiento de acumulador de NOx (14, 18) del
filtro de partículas, presentando el catalizador acumulador de NOx
(4) un revestimiento de tres vías.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el revestimiento de tres vías está
aplicado detrás del revestimiento acumulador de NOx en la dirección
del flujo.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el catalizador de oxidación
(2) está integrado en el filtro de partículas (3).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el catalizador de oxidación (2) está
formado por un revestimiento (13) de catalizador de oxidación.
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el dispositivo está materializado en un
filtro común (10) que presenta una multitud de elementos de filtro
revestidos (11).
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque el revestimiento acumulador de NOx (13)
está dispuesto en el lado de admisión del elemento de filtro
(11).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
5 ó 6, caracterizado porque el filtro de partículas (3) está
formado por una pared (12) permeable al
flujo.
flujo.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque un elemento de filtro (11) está
provisto, en el lado de admisión, de un revestimiento de
catalizador de oxidación (13) y un revestimiento acumulador de NOx
(14), así como, en el lado de salida, de un revestimento de tres
vías (16).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque en el lado de admisión está dispuesto un
revestimiento de tres vías (17) después del revestimiento acumulador
de NOx (14) en la dirección del flujo.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque en el lado de salida está dispuesto otro
revestimiento acumulador de NOx delante del revestimiento de tres
vías (16) en la dirección del flujo.
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque el elemento de filtro (11) presenta
otros revestimientos acumuladores de NOx y otros revestimientos de
tres vías.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque el dispositivo lleva
asociado un dispositivo de aminoración de azufre para aminorar el
azufre en el gas de escape, el cual está dispuesto delante del
catalizador de oxidación (2) en la dirección (5) del flujo.
Applications Claiming Priority (2)
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