ES2239187T3 - Procedimiento para calentar filtro de hollin en sistema de gases de escape de un motor de combustion interna -en particular un motor diesel- con al menos un catalizador y un filtro de hollin dispuesto aguas abajo de estos en la direccion de salida, a fin de almacenar el hollin. - Google Patents
Procedimiento para calentar filtro de hollin en sistema de gases de escape de un motor de combustion interna -en particular un motor diesel- con al menos un catalizador y un filtro de hollin dispuesto aguas abajo de estos en la direccion de salida, a fin de almacenar el hollin.Info
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Abstract
Procedimiento de calentamiento de un filtro de hollín en un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna, en particular, un motor diesel, que comprende - una pluralidad de catalizadores dispuestos uno detrás de otro en la dirección de salida de los gases de escape, y - un filtro de hollín dispuesto aguas abajo de estos en la dirección de salida a fin de almacenar el hollín, siendo calentado el catalizador dispuesto directamente aguas arriba del filtro de hollín hasta un grado que hace que la cantidad de calor introducida desde este catalizador en el filtro de hollín tenga como efecto calentar el filtro de hollín hasta un grado que hace que se produzca la combustión del hollín., caracterizado porque, el catalizador (6), dispuesto directamente aguas arriba del filtro de hollín (12) en la dirección de salida, se calienta por el hecho de que cada reacción exotérmica se desplaza, desde otro catalizador (3) dispuesto aguas arriba en la dirección de salida, al catalizador (6) dispuesto aguas abajo, sabiendo que el desplazamiento de la reacción exotérmica se efectúa por una regulación del índice ë con una alternancia de ciclos de funcionamiento en régimen rico/pobre del motor de combustión (1), regulación para la cual el funcionamiento en régimen rico con ë<1 se conserva cada vez más tiempo que la duración para la cual el oxígeno (O2) almacenado en el acumulador de oxígeno del catalizador (3) dispuesto agua arriba, puede convertir las sustancias nocivas que son el hidrocarburo (HC) y el monóxido de carbono (CO), de manera que la conversión se hace, al menos parcialmente, debido al oxígeno (O2) almacenado en el acumulador de oxígeno del catalizador (6) dispuesto aguas abajo.
Description
Procedimiento para calentar un filtro de hollín
en un sistema de gases de escape de un motor de combustión interna
-en particular un motor diesel- con al menos un catalizador y un
filtro de hollín dispuesto aguas abajo de éstos en la dirección de
salida, a fin de almacenar en hollín.
La invención se refiere a un procedimiento de
calentamiento de un filtro de hollín en un sistema de gases de
escape de un motor de combustión interna, en particular, un motor
diesel, que comprende una pluralidad de catalizadores dispuestos uno
detrás de otro en la dirección de salida de los gases de escapes, y
un filtro de hollín dispuesto aguas abajo de estos en la dirección
de salida, a fin de almacenar el hollín, siendo calentado el
catalizador dispuesto directamente aguas arriba del filtro de hollín
hasta un grado que hace que la cantidad de calor introducida de este
catalizador en el filtro de hollín tenga como efecto calentar el
filtro de hollín hasta un grado que hace que se induzca la
combustión del hollín.
En los motores diesel, se conoce insertar un
filtro de hollín en el sistema de gases de escape. Para asegurar la
aptitud funcional del filtro de hollín, es necesario reemplazar de
vez en cuando el filtro de hollín o regenerarlo. Para efectuar la
regeneración, se conoce quemar el hollín que se ha acumulado en el
filtro de hollín. Debido a que la temperatura necesaria para esto en
el filtro de hollín, en el caso de un motor diesel -si se trata de
un motor de este tipo- solamente puede introducirse de modo muy
costoso desde el motor hacia el filtro de hollín, se conoce, por
ejemplo, por el documento DE 196 18 397 A1, humidificar con
carburante suplementario el hollín que se ha acumulado, y disminuir,
así, la temperatura necesaria para la combustión. Esto va asociado,
no solamente a un coste suplementario relativo a la aportación de
combustible, sino, también, a disposiciones suplementarias, que se
opongan a una inflamación no deseada en la zona del filtro de
hollín.
Por el documento DE 100 33 159 A1, se conoce un
motor de combustión interna provisto de un filtro de partículas
regenerable instalado en el tramo de los gases de escape. Para
mejorar la regeneración, este filtro de partículas presenta un
catalizador de oxidación dispuesto aguas arriba y, en caso de
necesidad, se inyecta carburante en el tramo de los gases de escape,
aguas arriba del catalizador de oxidación. Debido a esto, se
desarrolla en el catalizador de oxidación una reacción exotérmica,
la temperatura de los gases de escape aumenta y se lanza la
regeneración del filtro de partículas.
En el documento WO 01/04466 A1 se divulga un
dispositivo y un procedimiento para la eliminación de las partículas
de hollín a partir de los gases de escape procedentes de la
combustión. Se instala, entonces, aguas arriba del filtro de hollín,
un catalizador de NO_{x} que, debido a la proximidad directa de su
disposición con respecto al filtro de hollín, lleva a un
calentamiento mejorado del filtro de hollín, así como a un
aislamiento térmico de este filtro de hollín.
Además, los documentos FR 2 774 427 A y FR 2 774
422 A describen un catalizador de oxidación y un filtro de hollín,
sabiendo que estos dos elementos están integrados en una caja común
para reducir las pérdidas térmicas.
Además, en el documento US 5.207.990 A, se
describe un sistema de depuración de los gases de escape, en el
cual, aguas arriba de un catalizador de los gases de escape, se
inyecta carburante que hace que se provoque en el catalizador de los
gases de escape una reacción exotérmica que aumenta la temperatura
de los gases de escape y regenera el filtro de hollín instalado
aguas abajo.
Finalmente, por el documento JP 08 042326 A se
conoce un dispositivo de regulación de las emisiones de gases de
escape que presenta una caja común para un catalizador de oxidación
y un filtro de partículas.
La invención tiene, así, por objeto calentar a
bajo coste un filtro de hollín en un sistema de gases de escape de
un motor de combustión, con objeto de lanzar la combustión del
hollín.
De acuerdo con la invención, el problema se
resuelve por el procedimiento de acuerdo con las características de
la reivindicación 1, según las cuales el catalizador dispuesto
directamente aguas arriba del filtro de hollín en la dirección de
salida, es calentado por el hecho de que la reacción exotérmica es
desplazada desde otro catalizador dispuesto aguas arriba en la
dirección de salida al catalizador dispuesto aguas abajo, sabiendo
que el desplazamiento de la reacción exotérmica se efectúa por una
regulación del índice \lambda con una alternancia de ciclos de
funcionamiento en régimen rico/pobre del motor de combustión,
regulación en la cual el funcionamiento en régimen rico con
\lambda<1 se conserva cada vez durante más tiempo que la
duración en la cual el oxígeno, almacenado en el acumulador de
oxígeno del catalizador dispuesto agua arriba puede convertir las
sustancias nocivas que son el hidrocarburo y el monóxido de carbono,
de manera que la conversión se haga, al menos parcialmente, debido
al oxígeno almacenado en el acumulador de oxígeno del catalizador
dispuesto aguas abajo.
Gracias a una regulación de este tipo del índice
lambda, con un funcionamiento en régimen rico mayoritario, se
obtiene que el acumulador de oxígeno del catalizador dispuesto aguas
arriba se consume, e igualmente que en el interior del catalizador
aguas abajo se produce una reacción exotérmica. La cantidad de calor
producida durante el desplazamiento de la reacción exotérmica, se
produce, por tanto, en la proximidad del filtro de hollín en la
construcción e independientemente de la disposición y de la
configuración del motor. El procedimiento es, entonces, simple y
fiable, es decir, que es aplicable sin medio de calentamiento
suplementario y sin introducción de carburante suplementario en el
filtro de hollín. Las emisiones de gases de escape pueden ser
mandadas gracias al procedimiento y ser mantenidas a un bajo
nivel.
De manera apropiada, los acumuladores de oxígeno
de los dos catalizadores son recargados durante el funcionamiento en
combustión pobre con \lambda > 1.
Preferentemente, \lambda, para el
calentamiento, se regula de modo que se tenga para \lambda,
durante el régimen rico cíclico, durante el calentamiento: 0,95
\geq \lambda \geq 0,9. Por ello, después del funcionamiento en
régimen rico, el desplazamiento de la reacción exotérmica hacia el
catalizador dispuesto aguas abajo se efectúa en poco tiempo, de modo
que se alcanza la temperatura necesaria en poco tiempo.
El procedimiento de acuerdo con las
características de la reivindicación 4 permite tener una regulación
muy sensible del ciclo de funcionamiento en régimen pobre y, así,
una regulación muy sensible, tanto del calentamiento, como,
igualmente, de la composición de los gases de escape. Se prefieren
los procedimientos de acuerdo con las características de las
reivindicaciones 5 o 6, por los cuales se respetan de modo fiable
los valores límites de los gases de escape y se puede, también,
obtener un aumento de temperatura de modo simple y seguro desde el
punto de vista del funcionamiento.
El procedimiento de acuerdo con las
características de la reivindicación 7 permite calentar el filtro de
hollín para lanzar la combustión del hollín, sin tener que
sobrecalentar el catalizador de oxidación.
El procedimiento de acuerdo con las
características de la reivindicación 8 permite, de modo
particularmente ventajoso, favorecer la regeneración del hollín,
gracias a la formación de NO_{x}.
La invención se va a explicar a continuación en
detalle, a título de ejemplo, con la ayuda de las figuras 1 a 7,
tomando el ejemplo de un motor diesel de inyección directa.
En los dibujos:
la figura 1 representa la construcción
esquemática de una instalación de gases de escape de un motor diesel
de inyección directa;
las figuras 2a, b representan dos diagramas con
miras a ilustrar el comportamiento durante el calentamiento de la
instalación de gases de escape de la figura 1, sin el desplazamiento
de acuerdo con la invención de la reacción exotérmica hacia el
catalizador dispuesto agua abajo, en las que
la figura 2a es una ilustración con una
distribución de temperatura relativa para una velocidad de 200 km/h,
y
la figura 2b es una distribución de temperatura
relativa para una marcha regulada de 120 km/h;
la figura 3 es una ilustración con miras a
explicar el principio de funcionamiento de la variación de
\lambda, para el calentamiento, con ilustración de la variación de
\lambda y de las variaciones provocadas por ello del contenido del
acumulador de O_{2} del catalizador dispuesto aguas arriba de la
salida y aguas abajo de la salida;
la figura 4 es un diagrama con miras a ilustrar
la distribución de temperatura relativa para una variación de
\lambda de acuerdo con la invención con objeto de calentar, a una
velocidad de 120 km/h;
la figura 5 es una ilustración cualitativa de la
temperatura relativa y de las cantidades de HC medibles en la
instalación de gases de escape, con respecto al valor de la longitud
de la instalación de los gases de escape cuando se está en el estado
calentado;
la figura 6 es una ilustración de la variación
del contenido relativo del acumulador de O_{2} del catalizador
dispuesto aguas arriba en la salida y aguas abajo en la salida, en
función del tiempo; y
la figura 7 representa la estructura esquemática
de una variante de realización de una instalación de gases de escape
de un motor turbodiesel de inyección directa.
En la figura 1 se ha ilustrado una instalación de
gases de escape tomando el ejemplo de un motor de combustión de
inyección directa del tipo de construcción diesel. De manera
conocida los gases de escape son derivados del motor de combustión
interna 1, por tubos de gases de escape 2, un catalizador 3, un tubo
de gases de escape 4, un adsorbedor de NO_{x} 6 o un catalizador
de tres vías, y un filtro de hollín 12 y un tubo de gases de escape
7. Aguas arriba del catalizador de oxidación 3 está montada una
sonda lambda 8 para pared ancha y, aguas abajo de éste, está
dispuesta una sonda lambda 9 de tipo conocido, por medio de la
cuales son detectadas las diferencias del valor lambda de los gases
de escape, aguas arriba y aguas abajo del catalizador de oxidación 3
con respecto al valor estequiométrico \lambda = 1. Igualmente, de
manera conocida, aguas abajo del adsorbedor de NO_{x} 6 está
dispuesta una sonda lambda 11, que detecta diferencias del valor
lambda con respecto al valor estequiométrico \lambda = 1 detrás
del adsorbedor de NO_{x} 6. De manera conocida, el tubo de gases
de escape 4, entre el catalizador de oxidación 3 y el adsorbedor de
NO_{x} 6, es guiado de modo opcional por un enfriador de los gases
de escape 5 de tipo conocido y, para detectar la temperatura de
entrada de los gases de escape en el adsorbedor de NO_{x} 6, un
captador de temperatura 10 está montado aguas arriba del adsorbedor
de NO_{x} 6. El catalizador de oxidación 3, está concebido, de
manera conocida, con un límite de temperatura superior de 950ºC, el
adsorbedor de NO_{x} 6 está concebido con un límite de temperatura
superior de 750ºC. La zona de trabajo del adsorbedor de NO_{x} 6
está situada, de manera conocida, entre 250ºC y 450ºC.
Para explicar las variaciones de temperatura se
ha subdividido en la figura 1 el catalizador de oxidación 3 a lo
largo de su longitud l_{1} en tres tramos de longitud idéntica. La
posición al principio del catalizador está designada por A, la
posición después de un tercio de longitud l_{1} está designada por
B, la posición después de dos tercios de l_{1} por C y la posición
al final de l_{1} está designada por D. Asimismo el enfriador de
los gases de escape 5 se ha subdividido a lo largo de su longitud
l_{2} en tres tramos de longitud idéntica, sabiendo que E indica
la entrada del enfriador de los gases de escape 5, F la posición
después de un tercio de l_{2}, G la posición después de dos
tercios de l_{2} y H la posición al final del enfriador de los
gases de escape 5. De manera idéntica, el adsorbedor de NO_{x} 6
se ha subdividido en su longitud l_{3} en tres tramos de longitud
idéntica, sabiendo que J indica la posición al principio del
adsorbedor de NO_{x} 6, K la posición después de un tercio de
l_{3}, L la posición después de dos tercios de l_{3} y M la
posición a la salida del adsorbedor de NO_{x} 6.
La evolución temporal de la temperatura,
ilustrada en las figuras 2a, 2b, 4 y 6 puede determinarse, por
ejemplo, con la ayuda de la aportación del poder calorífico. Para
determinar de modo más preciso la aportación del poder calorífico en
el adsorbedor de NO_{x} 6, se utiliza la señal \lambda, aguas
arriba del catalizador de oxidación 3 y aguas abajo del adsorbedor
de NO_{x} 6. La aportación de poder calorífico en el adsorbedor de
NO_{x} 6 resulta de la señal de banda ancha de la sonda \lambda
8, aguas arriba del catalizador de oxidación 3, y del tiempo entre
el punto de ruptura en régimen rico de la sonda lambda 9, aguas
abajo del catalizador de oxidación 3, y el punto de ruptura en
régimen rico de la sonda lambda 11, aguas abajo del adsorbedor de
NO_{x} 6. Para evitar tener un punto de ruptura en régimen rico,
se fija una duración máxima, hasta poco antes del punto de ruptura
de la fase en régimen rico, en un campo de características, en
función de la masa de los gases de escape. Con la aportación de
poder calorífico, efectuada en el adsorbedor de NO_{x} 6 y con las
temperaturas, medidas con el captador de temperatura 10, aguas
arriba del adsorbedor de NO_{x} 6, se calcula la temperatura del
adsorbedor de NO_{x} 6.
El tiempo que discurre hasta el punto de ruptura
en régimen rico se compara con el tiempo llevado al campo de
características con objeto de obtener un diagnóstico.
Las figuras 2a y 2b representan la variación
temporal de la temperatura TA, TB, TC, TD, TH, TK, TL, TM en las
posiciones A, B, C, D, H, K, L, M, así como, por ejemplo, para las
sustancias nocivas de los gases de escape, que son CO, HC y
NO_{x}, representan la variación temporal de los valores de CO
medidos a la entrada del catalizador de oxidación 3, medidos por
medio de la sonda lambda de banda ancha 8, y la variación temporal
de los valores de CO medidos después del adsorbedor de NO_{x} 6,
medidos por la sonda lambda 11, durante el ensayo, sin ninguna
disposición suplementaria, para obtener un aumento de la temperatura
a fin de lanzar una desulfatación.
En la figura 2a, en caso de plena carga, a una
velocidad de 200 km/h, puede identificarse que la energía de
combustión, introducida por el motor de combustión 1 en el
catalizador de oxidación 3 colocado cerca del motor, produce
temperaturas, que, partiendo de la temperatura de entrada TA en el
catalizador de oxidación 3, en el plano A, con una constante de
0,9*T_{max}, en las posiciones aguas abajo en la dirección de
salida de los gases de escape, al principio de este puro
calentamiento del motor, están situadas también por debajo de esta
temperatura, sabiendo que, ya al cabo de poco tiempo, en el
catalizador de oxidación 3, debido a las reacciones exotérmicas que
se desarrollan en el catalizador de oxidación 3, las temperaturas
TB, TC y TD ascienden a valores comprendidos entre 0,9*T_{max} y
0,95*T_{max}. De modo algo retardado, igualmente, las temperaturas
TK en la posición K, TL en la posición L y TM en la posición M del
adsorbedor de NO_{x} 6, desde la zona de trabajo óptima del
adsorbedor de NO_{x} 6, son aumentadas de 0,25*T_{max} a
0,45*Tmax, yendo los valores hasta 0,75*T_{max} de modo que es
posible un lanzamiento de la combustión del hollín, en caso de esta
plena carga, en la zona de temperaturas límite superior directa.
La figura 2b representa la misma instalación de
gases de escape para el mismo motor, sin embargo en funcionamiento
en carga parcial a una velocidad de 120 km/h.
A partir de los diagramas, puede verse que las
temperaturas TA, TB, TC, TD en los planos A, B, C, D del catalizador
de oxidación 3, debido a la temperatura de entrada TA netamente más
baja, toman también valores que van solamente hasta 0,75*T_{max} y
que las temperaturas TK, TL, TM en las posiciones K, L, M del
adsorbedor de NO_{x} 6, se establecen en valores de temperaturas
inferiores a 0,55*T_{max}. No se produce, así, lanzamiento de la
combustión de hollín en la zona de cargas parciales.
En las figuras 3 a 6 está representado
esquemáticamente el calentamiento de acuerdo con la invención, a una
temperatura que permite lanzar la combustión del hollín de una
instalación de gases de escape ilustrada en la figura 1. Para
calentar el adsorbedor de NO_{x} 6 y el filtro de hollín 12, se
efectúa una corta variación cíclica de \lambda, tal como se
ilustra en la figura 3. Para esto, después de los ciclos de rodaje
determinados, por ejemplo, de 5.000 o de 10.000 km, después de los
cuales se desea un lanzamiento de la combustión del hollín, para
calentar el motor, se funciona cíclicamente en régimen rico o pobre.
El intervalo de tiempo necesario para el calentamiento debe ser
reducido todo lo posible. Por ejemplo, éste está comprendido entre
20 segundos y 2 minutos según la temperatura en carga e inicial del
filtro de hollín 12. Durante el intervalo de tiempo de la fase rica
\Deltat_{f}, el motor funciona con lambda para el cual se tiene:
0,95 \geq \lambda \geq 0,9, por ejemplo, 0,92. En el corto
intervalo de tiempo \Deltat_{m} del funcionamiento en régimen
pobre, se funciona con 3 \geq \lambda \geq 1,1, se introduce
todo el O_{2} que sea posible en el catalizador de oxidación 3 y
en el adsorbedor de NO_{x} 6. Los tiempos durante los cuales el
motor debe funcionar en régimen rico o en régimen pobre son llevados
a un campo de características en función de la temperatura de
entrada de los gases, de la masa de aire del motor y de los valores
lambda para el funcionamiento en régimen rico o en régimen
pobre.
Como se ilustra en la figura 3, de manera
correspondiente a la variación \lambda se efectúan una carga y una
descarga cíclicas del acumulador de oxígeno en el catalizador de
oxidación 3, así como en el adsorbedor de NO_{x} 6, sabiendo que
la carga del catalizador de oxidación 3 comienza al principio de la
fase de régimen pobre (\lambda > 1) y que la descarga del
catalizador de oxidación 3 comienza al principio de la fase de
régimen rico. La carga y la descarga del adsorbedor de NO_{x} 6
están desfasadas con respecto al ciclo seguido por el catalizador de
oxidación 3.
La figura 4 representa la variación de
temperatura en el catalizador de oxidación 3 y en el adsorbedor de
NO_{x} 6, así como las emisiones de CO aguas arriba (CO EIN) y
aguas abajo (CO AUS) de la instalación de gases de escape en
funcionamiento en carga parcial a una velocidad de 120 km/h. El
ciclo rico-pobre se elige de manera que la fase rica
en este ejemplo dura \Deltat_{f} = 1, 5 segundos y que la fase
pobre \Deltat_{m} dura 0,5 segundos. Tal que para poder
identificar netamente para las posiciones B, C, D del catalizador de
oxidación 3 y para las posiciones K, L, M del adsorbedor de NO_{x}
6 de la figura 1 a la figura 4, las temperaturas TB, TC, TD, TK, TL,
TM asociadas a estas posiciones en las fases ricas, aumentan. Así,
la combustión exotérmica en el adsorbedor de NO_{x} 6 lleva ya,
después de poco tiempo, a un aumento de temperatura, que concierne,
igualmente, a las temperaturas TK, TL, TM, en una zona superior a
0,65*T_{max} debido a la combustión exotérmica, explotando el
oxígeno almacenado en el catalizador de oxidación 3 y en adsorbedor
de NO_{x} 6. En el ejemplo representado, durante el calentamiento,
aproximadamente el 50 por ciento de los componentes de combustión
exotérmica en CO y HC son desplazados, del catalizador de oxidación
3 al adsorbedor de NO_{x} 6. En las fases de régimen pobre, los
acumuladores de oxígeno del catalizador de oxidación 3 y del
adsorbedor de NO_{x} 6 se cargan en O_{2}. Así, debido a la
variación de \lambda, de acuerdo con la figura 3, se provoca que
una parte del calor de combustión residual en los gases de escape
ricos no se convierta en calor en el catalizador de oxidación 3,
sino, por el contrario, en el adsorbedor de NO_{x} 6.
La variación temporal del oxígeno almacenado
durante el ciclo rico-pobre, en el catalizador de
oxidación 3 y en el adsorbedor de NO_{x} 6, está representada a
escala mayor en la figura 6 para una parte situada entre los
momentos t = 45 segundos y t = 50 segundos con respecto a la figura
4. En las fases pobres, por ejemplo, entre los instantes t = 45,3 a
t = 46,0 segundos, el acumulador de oxígeno del catalizador de
oxidación 3 y el del adsorbedor de NO_{x} 6 se cargan, sabiendo
que, partiendo de la posición B pasando por la región C y la
posición D del catalizador de oxidación 3 a las posiciones K, L, M
del adsorbedor de NO_{x} 6 de la figura 1 la carga se efectúa de
modo retardado temporalmente. En las fases ricas, por ejemplo, entre
los momentos t = 45,3 segundos y t = 46,0 segundos, los acumuladores
de oxígeno se vacían de nuevo en el mismo orden de sucesión. Sería
posible prever casos en los cuales un vaciado completo del
acumulador de oxígeno del adsorbedor de NO_{x} 6 llevara a
emisiones demasiado altas en los tubos terminales y,
simultáneamente, también, la parte trasera del adsorbedor de
NO_{x} 6 correría el riesgo de ser sobrecalentada. Debido a esto,
el acumulador de oxígeno del adsorbedor de NO_{x} 6 - en la medida
en que este riesgo exista - no se vacía completamente, sino que, por
ejemplo, se vacía únicamente un 30 por ciento.
Como puede verse en la figura 4, el catalizador
de oxidación 3 en este caso de carga se calienta a temperaturas
comprendidas entre, aproximadamente, 0,75*T_{max} y 0,89*T_{max}
y el adsorbedor de NO_{x} 6 se calienta a temperaturas
comprendidas entre 0,65*T_{max} y 0,75*T_{max}, de modo que un
lanzamiento de la combustión del hollín puede efectuarse de modo
seguro. La combustión del hollín se hace de manera conocida, no
representada en detalle. Partiendo del adsorbedor de NO_{x} 6, por
los gases de escape calentados de esta manera, hay, igualmente,
calentamiento del filtro de hollín 12 dispuesto aguas abajo, de
manera que, igualmente, el hollín que está acumulado se quema.
Como se ve en la figura 4, el contenido de CO, al
final de una fase rica detrás del adsorbedor de NO_{x} 6 aumenta
ligeramente. Este signo de punto de ruptura en régimen rico es
constatado por el adsorbedor de NO_{x} 6 y por la sonda lambda 11
montada aguas abajo del adsorbedor de NO_{x} 6 y, a la espera del
valor de umbral predeterminado, se lanza directamente la fase en
régimen pobre. Asimismo, un punto de ruptura de la fase en régimen
pobre es captado por medio del adsorbedor de NO_{x} 6 por la sonda
lambda 9. La fase de régimen rico se lanza directamente en caso de
alcanzar un valor de umbral predeterminado.
La figura 5 representa la variación cualitativa
de temperatura y la variación concerniente a las sustancias nocivas
de los gases de escape, tomando el ejemplo del HC, a lo largo de la
longitud del sistema de los gases de escape, al alcanzar la
temperatura de desulfatación en el adsorbedor de NO_{x} 6.
Aunque, en los modos de realización citados
anteriormente, la sonda lambda 11 esté dispuesta entre el adsorbedor
de NO_{x} 6 y el filtro de hollín 12, es igualmente posible
instalar la sonda lambda 11 aguas abajo del filtro de hollín 12.
Puede preverse, igualmente, colocar la sonda 9 y/o la sonda lambda
para paredes anchas 8, de manera correspondiente a las exigencias
individuales, en otro emplazamiento apropiado y, en su caso,
remplazarla por otros captadores apropiados, u omitirla, en caso de
información, por otra parte suficiente, con respecto al estado de
los gases de escape.
La figura 7 representa un ejemplo de realización
en el cual el filtro de hollín 12 es directamente limítrofe con el
adsorbedor de NO_{x} 6.
De acuerdo con otro modo de realización no
representado, el filtro de hollín y el adsorbedor de NO_{x} 6
están realizados en un componente común.
Aunque, en las explicaciones citadas
anteriormente, la generación de calor para calentar el filtro de
hollín 12 se hace por intermedio de un adsorbedor de NO_{x} 6
dispuesto entre el catalizador de oxidación 3 y el filtro de hollín
12, es igualmente posible disponer, entre el catalizador de
oxidación 3 y el filtro de hollín 12, en lugar del adsorbedor de
NO_{x} 6, un catalizador de tres vías en el cual, por intermedio
del procedimiento descrito anteriormente, la variación del valor
\lambda produce una reacción exotérmica que calienta el
catalizador de tres vías y el filtro de hollín 12 instalado aguas
abajo, hasta un grado tal que el hollín que está allí acumulado se
queme.
En la medida en que esto sea necesario, la
variación \lambda puede utilizarse, igualmente, para calentar el
adsorbedor de NO_{x} 6 a una temperatura de desulfatación, para
lanzar una desulfatación.
Igualmente, aunque los ejemplos representados se
refieren a la instalación de los gases de escape de un motor diesel,
el procedimiento de acuerdo con la invención puede utilizarse,
igualmente, para otros motores que tengan una problemática análoga
concerniente a los gases de escape, en los cuales se plantee la
exigencia del calentamiento, con el objeto de regenerar un filtro de
hollín.
- 1
- Motor de combustión
- 2
- Tubo de gases de escape
- 3
- Catalizador de oxidación
- 4
- Tubo de gases de escape
- 5
- Enfriador de los gases de escape
- 6
- Adsorbedor de NO_{x}
- 7
- Tubo de gases de escape
- 8
- Sonda lambda de banda ancha
- 9
- Sonda lambda
- 10
- Captador de temperatura
- 11
- Captador de NO_{x} y de O_{2} combinado
- 12
- Filtro de hollín
Claims (8)
1. Procedimiento de calentamiento de un filtro de
hollín en un sistema de gases de escape de un motor de combustión
interna, en particular, un motor diesel, que comprende
- una pluralidad de catalizadores dispuestos uno
detrás de otro en la dirección de salida de los gases de escape,
y
- un filtro de hollín dispuesto aguas abajo de
estos en la dirección de salida a fin de almacenar el hollín,
siendo calentado el catalizador dispuesto
directamente aguas arriba del filtro de hollín hasta un grado que
hace que la cantidad de calor introducida desde este catalizador en
el filtro de hollín tenga como efecto calentar el filtro de hollín
hasta un grado que hace que se produzca la combustión del hollín,
caracterizado porque,
el catalizador (6), dispuesto directamente aguas
arriba del filtro de hollín (12) en la dirección de salida, se
calienta por el hecho de que cada reacción exotérmica se desplaza,
desde otro catalizador (3) dispuesto aguas arriba en la dirección de
salida, al catalizador (6) dispuesto aguas abajo, sabiendo que el
desplazamiento de la reacción exotérmica se efectúa por una
regulación del índice \lambda con una alternancia de ciclos de
funcionamiento en régimen rico/pobre del motor de combustión (1),
regulación para la cual el funcionamiento en régimen rico con
\lambda<1 se conserva cada vez más tiempo que la duración para
la cual el oxígeno (O_{2}) almacenado en el acumulador de oxígeno
del catalizador (3) dispuesto agua arriba, puede convertir las
sustancias nocivas que son el hidrocarburo (HC) y el monóxido de
carbono (CO), de manera que la conversión se hace, al menos
parcialmente, debido al oxígeno (O_{2}) almacenado en el
acumulador de oxígeno del catalizador (6) dispuesto aguas
abajo.
abajo.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque en funcionamiento en régimen pobre
con \lambda>1, el acumulador de oxígeno de los dos
catalizadores (3, 6) se carga de nuevo.
3. Procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque, para efectuar
el calentamiento, se regula el índice \lambda, de manera que,
durante un funcionamiento cíclico en régimen rico, durante el
calentamiento, se tiene para \lambda la desigualdad: 0,95 \geq
\lambda \geq 0,9.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la regulación
del ciclo de funcionamiento en régimen rico-pobre se
efectúa por medio de captadores de oxígeno -en particular, por medio
de sondas \lambda- que controlan los gases de escape en una
posición dispuesta aguas abajo del catalizador (6) dispuesto aguas
abajo.
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque, en funcionamiento en régimen rico,
se mide \lambda detrás del catalizador (6) dispuesto aguas abajo
y, en caso de descenso por debajo de un valor de umbral superior
predeterminado de \lambda, se pasa del funcionamiento en régimen
rico al funcionamiento en régimen pobre.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque, en
funcionamiento en régimen pobre, se mide \lambda detrás del
catalizador (6) dispuesto aguas abajo y, en caso de rebasamiento de
un valor de umbral inferior predeterminado de \lambda, se conmuta
del funcionamiento en régimen pobre al funcionamiento en régimen
rico.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el catalizador
(3) aguas arriba es un catalizador de oxidación y el catalizador (6)
aguas abajo es un adsorbedor de NO_{x} (6), siendo calentado el
adsorbedor de NO_{x} (6), en particular a la temperatura de
desulfatación, por el desplazamiento de la reacción exotérmica del
catalizador de oxidación (3) al adsorbedor de NO_{x} (6).
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el catalizador
(3) dispuesto aguas arriba es un catalizador de oxidación y el
catalizador dispuesto aguas abajo es un catalizador de tres vías con
un acumulador de oxígeno, siendo calentado el catalizador de tres
vías (6) por el desplazamiento de la reacción exotérmica del primer
catalizador de oxidación (3) al catalizador de tres vías.
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