ES2335774T3

ES2335774T3 - Aparato para purificar gas de escape.

Info

Publication number: ES2335774T3
Application number: ES04808072T
Authority: ES
Inventors: Nobuyuki Takagi; Seiji Okawara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2010-04-05
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: CN100374692C; CN1756897A; KR100656576B1; DE602004025281D1; EP1697621A1; EP1697621B1; WO2005064131A1; KR20050120644A; JP2005188395A; JP4161903B2

Abstract

Aparato para purificar un gas de escape que fluye desde un motor (1) diésel equipado con un turbocargador (2), que comprende: un inyector (12) que inyecta, como agente reductor líquido, combustible diésel intermitentemente en el gas de escape y está dispuesto en un lado aguas arriba del turbocargador (12); y un catalizador (4) de sorción y reducción de NOx dispuesto en un lado aguas abajo del turbocargador (12); estando caracterizado dicho aparato para purificar un gas de escape que fluye desde un motor (1) diésel equipado con un turbocargador (2) porque comprende además: un potenciador de vaporización que potencia la vaporización del agente reductor líquido y está dispuesto entre el inyector (12) y el turbocargador (2), en el que el potenciador de vaporización comprende un catalizador (5) oxidante, y en el que el catalizador (5) oxidante comprende un sustrato (52) de tipo panal de abeja que tiene una cara de extremo aguas arriba que tiene un ángulo agudo con respecto a una dirección de un flujo del gas de escape en el sustrato (52) de tipo panal de abeja.

Description

Aparato para purificar gas de escape.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato para purificar un gas de escape que fluye desde un motor de combustión interna equipado con un turbocargador.

Técnica anterior

En general, con el fin de mejorar el rendimiento de motores de combustión interna, es preferible aumentar el volumen de la mezcla de aire-combustible que va a cargarse en las cámaras de combustión. Por consiguiente, se han puesto sistemas de supercargador en aplicaciones prácticas. Los sistemas de supercargador no sólo suministran mezclas de aire-combustible mediante presiones negativas que se generan acompañadas por los pistones descendentes, sino que también suministran mezclas de aire-combustible de manera forzada a las cámaras de combustión. Un ejemplo de los sistemas de supercargador son turbocargadores que alimentan de manera forzada aire a las cámaras de combustión mediante la energía de los flujos de gas de escape.

Puesto que los turbocargadores presentan grandes capacidades caloríficas, es difícil aumentar rápidamente la temperatura de catalizadores, que están dispuestos en un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto a los turbocargadores, hasta la temperatura de activación en casos tales como la puesta en marcha de motores de combustión interna. Por consiguiente, es difícil que los catalizadores muestren un rendimiento de purificación de gas de escape satisfactorio. Por tanto, la publicación (KOKAI) de modelo de utilidad japonés no examinado n.º 59-34.033 propone disponer un aparato catalítico en un lado aguas arriba de un flujo de gases de escape con respecto a turbocargadores. Con una disposición de este tipo, es posible aumentar rápidamente la temperatura de catalizadores hasta la temperatura de activación así como calentar gases de escape mediante el calor generado por medio de la reacción de oxidación de catalizadores. Por consiguiente, mejoran las conversiones de componentes nocivos.

Además, la publicación (KOKAI) de patente japonesa no examinada n.º 11-132.036 propone disponer un catalizador en un lado aguas arriba así como en un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto a turbocargadores, respectivamente. Con una disposición de este tipo también es posible aumentar rápidamente la temperatura del catalizador en el lado aguas arriba hasta la temperatura de activación. Además, los gases de escape que se calientan mediante el calor generado por medio de la reacción de oxidación del catalizador en el lado aguas arriba fluyen al interior del catalizador en el lado aguas abajo. Por consiguiente, la temperatura del catalizador en el lado aguas abajo aumenta rápidamente hasta la temperatura de activación. Por consiguiente, mejoran adicionalmente las conversiones de componentes nocivos.

Por cierto, se ha puesto en aplicación real (documento JP11-107810A) un sistema con el fin de mejorar el rendimiento de reducción de NO_{x}. En un sistema de este tipo, se añade un agente reductor líquido, tal como aceite ligero, a los gases de escape intermitentemente, y se purifican los NO_{x} con un catalizador de sorción y reducción de NO_{x} en el lado aguas abajo. Específicamente, en el sistema, se produce la sorción de NO_{x} en el catalizador de sorción y reducción de NO_{x} en atmósferas pobres en combustible en las que el oxígeno está presente en exceso. Entonces, la atmósfera de gases de escape pasa a ser atmósferas ricas en combustible añadiendo el agente reductor líquido a las atmósferas pobres en combustible. Por tanto, se liberan los NO_{x} en los que se ha producido la sorción del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}, y se purifican mediante reducción con el agente reductor presente en
abundancia.

Sin embargo, en el sistema la temperatura de los gases de escape se ha reducido porque el agente reductor líquido se añade a los gases de escape. Por consiguiente, surge el inconveniente de que el aumento de temperatura de los catalizadores se retarda adicionalmente. Por consiguiente, el agente reductor líquido se ha adherido a la superficie de extremo de entrada de los catalizadores, y materia particulada, tal como partículas finas carbonosas, partículas finas sulfúricas como sulfatos, y partículas finas hidrocarbonadas de alto peso molecular (denominadas a continuación en el presente documento de manera colectiva "MP"), se ha adherido al catalizador reductor líquido depositado. Como resultado, se produce el problema de que los conductos de gas de escape celulares de catalizadores se han cerrado para aumentar la pérdida de presión de escape. En particular, en motores de combustión interna equipados con un turbocargador que presenta una gran capacidad calorífica, el turbocargador ha aumentado el problema porque generalmente se añade un agente reductor líquido a las mezclas de aire-combustible en un lado aguas arriba de un flujo de gases de escape con respecto al turbocargador.

Además, es posible pensar en disponer un catalizador oxidante en un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto al turbocargador con el fin de vaporizar o modificar el agente reductor líquido. Sin embargo, en este caso, con el fin de aplicar un catalizador oxidante a los gases de escape cuyas temperaturas disminuyen por el turbocargador, es necesario ampliar el catalizador oxidante prolongando la longitud global. Por consiguiente, surge un problema asociado con habitáculos limitados en vehículos. Además, incluso cuando se dispone así un catalizador oxidante, sigue habiendo el problema de que no sólo el agente reductor líquido sino también la MP se ha adherido a la superficie de extremo de entrada del catalizador oxidante.

Además, el documento WO 97/36676 da a conocer un método y un aparato para reducir las emisiones nocivas de un motor diésel mediante inyección de urea. En particular, la emisión de NO_{x} de motores diésel se reduce hidrolizando o gasificando de otro modo urea según sea necesario. Preferiblemente, se introduce una disolución acuosa de urea en una cámara catalizada mantenida al menos parcialmente en contacto con el sistema de escape. El calor de los gases de escape se utiliza para gasificar la urea. Los productos de degradación gaseosos de la urea se introducen entonces en los gases de escape aguas arriba de un catalizador SCR. En una forma de la invención, se proporciona un catalizador de oxidación aguas abajo del catalizador SCR con el propósito de eliminar cualquier amoniaco que pueda pasar de otro modo a través del sistema y proporcionar un olor desagradable.

\vskip1.000000\baselineskip

Descripción de la invención

La presente invención se ha desarrollado en vista de tales circunstancias. Es por tanto un objeto de la presente invención potenciar la vaporización de agentes reductores líquidos, inhibiendo de ese modo el cierre de los conductos de gas de escape de catalizadores de sorción y reducción de NO_{x}, que están dispuestos en un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto a turbocargadores. Al mismo tiempo, es otro objeto de la presente invención mejorar además el rendimiento de purificación de NO_{x} de aparatos para purificar gases de escape.

Un aparato para purificar un gas de escape según la reivindicación 1 de la presente invención soluciona los problemas mencionados anteriormente. El aparato es para purificar un gas de escape que fluye desde un motor de combustión interna equipado con un turbocargador, que comprende:

un inyector que inyecta un agente reductor líquido en el gas de escape y está dispuesto en un lado aguas arriba del turbocargador;

un potenciador de vaporización que potencia una vaporización del agente reductor líquido y está dispuesto entre el inyector y el turbocargador; y

un catalizador de sorción y reducción de NO_{x} dispuesto en un lado aguas abajo del turbocargador.

En el presente aparato, el potenciador de vaporización comprende un catalizador oxidante.

El presente aparato comprende el potenciador de vaporización dispuesto entre el turbocargador y el inyector. El potenciador de vaporización potencia la vaporización del agente reductor líquido que ha añadido el inyector a los gases de escape. Por consiguiente, se potencia la vaporización del agente reductor líquido, y de ese modo se inhibe que el agente reductor líquido se adhiera a la superficie de extremo de entrada del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por consiguiente, no sólo se inhibe que la MP se adhiera al agente reductor líquido, sino que también se inhibe el cierre de los conductos de gas de escape celulares del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por tanto, es posible inhibir que aumente la pérdida de presión de escape. Además, aumenta el rendimiento de purificación de NO_{x} del presente aparato, porque se potencia la eficacia útil en la parte de extremo de entrada del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}.

Además, cuando el potenciador de vaporización comprende un catalizador oxidante, es posible oxidar parcialmente el agente reductor líquido o hidrocarburos (denominados a continuación en el presente documento "HC") en gases de escape mediante el catalizador oxidante. Por consiguiente, es posible purificar NO_{x} mediante reducción de manera más eficaz, porque los HC activos parcialmente oxidados fluyen al interior del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por tanto, el rendimiento de purificación de NO_{x} del presente aparato aumenta adicionalmente.

Además, no es necesario ampliar el catalizador de sorción y reducción de NO_{x} prolongando la longitud global, porque se aumenta la eficacia útil del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por tanto, el presente aparato reducido en tamaño de esta manera es menos caro y puede solucionar los habitáculos limitados en vehículos.

\vskip1.000000\baselineskip

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama explicativo para ilustrar una disposición global de un aparato de purificación de gas de escape según la presente invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva para ilustrar un catalizador oxidante (es decir, potenciador de vaporización) usado en el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención.

La figura 3 es un diagrama explicativo global para ilustrar un cuerpo con forma de panal de abeja (es decir, potenciador de vaporización) usado en un aparato de purificación de gas de escape según un ejemplo adicional que no forma parte de la presente invención.

La figura 4 es una vista en perspectiva para ilustrar una placa corrugada del cuerpo con forma de panal de abeja (es decir, potenciador de vaporización) usado en el aparato de purificación de gas de escape según dicho ejemplo adicional.

La figura 5 es una vista en sección transversal para ilustrar el cuerpo con forma de panal de abeja (es decir, potenciador de vaporización) usado en el aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo que no forma parte de la presente invención.

La figura 6 es una vista en sección transversal para ilustrar un flujo de gases de escape en el cuerpo con forma de panal de abeja (es decir, potenciador de vaporización) usado en el aparato de purificación de gas de escape según dicho ejemplo.

La figura 7 es otra vista en sección transversal para ilustrar un flujo de gases de escape en el cuerpo con forma de panal de abeja (es decir, potenciador de vaporización) usado en el aparato de purificación de gas de escape según dicho ejemplo adicional.

La figura 8 es un diagrama de barras para ilustrar las cantidades de sorción de NO_{x} saturadas presentadas por el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención y aparatos de purificación de gas de escape según ejemplos comparativos.

La figura 9 es un diagrama de barras para ilustrar las emisiones presentadas por los aparatos de purificación de gas de escape según la presente invención y no formando dicho ejemplo adicional parte de la presente invención y los aparatos de purificación de gas de escape según ejemplos comparativos.

La figura 10 es un diagrama de líneas para ilustrar la relación entre la longitud global del catalizador de sorción y reducción de NO_{x} usado en el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención y las cantidades de sorción de NO_{x} saturadas presentadas por el mismo y la del aparato de purificación de gas de escape según un ejemplo comparativo.

La figura 11 es un diagrama de barras para ilustrar la temperatura de los gases de escape delante de un turbocargador y la temperatura de los gases de escape detrás del mismo.

Mejor modo para llevar a cabo la invención

El presente aparato de purificación de gas de escape comprende un potenciador de vaporización dispuesto entre un turbocargador y un inyector. El potenciador de vaporización potencia la vaporización de un agente reductor líquido que ha añadido el inyector a los gases de escape. Específicamente, el agente reductor líquido añadido se vaporiza de una manera facilitada cuando pasa a través del potenciador de vaporización. Adicionalmente, el agente reductor líquido añadido se vaporiza más de una manera facilitada adicionalmente cuando se agita en el turbocargador. Por tanto, cuando el agente reductor líquido así vaporizado fluye al interior del catalizador de sorción y reducción de NO_{x} dispuesto en un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto al turbocargador, el agente reductor líquido apenas se adhiere a la superficie de extremo de entrada del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}, y por consiguiente apenas se adhiere MP a y se deposita sobre el agente reductor líquido.

Por tanto, es posible inhibir el aumento de la resistencia que se ejerce sobre los gases de escape que pasan a través del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por consiguiente, es posible inhibir el aumento de la pérdida de presión de escape. Además, aumenta el rendimiento de purificación de NO_{x}, porque la eficacia útil aumenta en la parte de extremo de entrada del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}.

En cuanto al potenciador de vaporización, es preferible usar catalizadores oxidantes. Cuando un agente reductor líquido pasa a través de un catalizador oxidante junto con gases de escape a alta temperatura, el agente reductor líquido se oxida parcialmente para pasar a ser un HC de bajo peso molecular de modo que se facilita adicionalmente la vaporización. Además, aumenta la conversión de purificación de NO_{x} del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}, porque los HC activos de bajo peso molecular parcialmente oxidados fluyen al interior del catalizador de sorción y reducción de NO_{x}.

En cuanto al catalizador oxidante, es posible usar catalizadores oxidantes que comprenden componentes catalíticos cargados, tales como Pd y Pt, que presentan buenas actividades oxidantes a intervalos de bajas temperaturas o catalizadores de tres vías que comprenden Pt y Rh cargados. Con frecuencia se da el caso de que el espacio entre el inyector y el turbocargador es pequeño. Por consiguiente, es deseable usar catalizadores oxidantes con forma de panal de abeja con el fin de inhibir el aumento de la pérdida de presión de escape. En este caso, es preferible también dotar a la superficie de extremo de entrada de catalizadores oxidantes con forma de panal de abeja de un ángulo agudo con respecto a un flujo de gases de escape. Con una disposición de este tipo, se amplía la zona de la superficie de extremo de entrada que entra en contacto con un agente reductor líquido que fluye al interior de catalizadores oxidantes con forma de panal de abeja. La superficie de extremo de entrada de corte oblicuo puede disponerse de manera deseable lo más perpendicular posible con respecto a la dirección de los gases de escape que fluyen al interior del extremo de entrada de catalizadores oxidantes con forma de panal de abeja. Por consiguiente, aumenta la eficacia de vaporización de los agentes reductores líquidos.

Además, en cuanto al potenciador de vaporización, es preferible usar un cuerpo de tipo panal de abeja que comprende conductos de gas de escape que tienen salientes. En este caso, los gases de escape y un agente reductor líquido fluyen a través del cuerpo de tipo panal de abeja mientras entran en contacto con los salientes. Por consiguiente, se efectúa una acción de agitación de modo que el agente reductor líquido se mezcla con los gases de escape de manera uniforme. Por consiguiente, el calor de los gases de escape facilita la vaporización del agente reductor líquido.

El cuerpo de tipo panal de abeja puede presentar de manera deseable una capacidad calorífica pequeña, y puede estar hecho preferiblemente de metales. Además, los salientes son ventajosos cuando sobresalen hacia el interior de los conductos de gas de escape del cuerpo de tipo panal de abeja. Por ejemplo, la publicación de patente alemana n.º 20.117.873 U1 da a conocer un filtro. El filtro comprende placas corrugadas hechas de una lámina metálica, y capas de filtración. Las placas corrugadas y las capas de filtración están laminadas de manera alternante. Las placas corrugadas comprenden una pluralidad de orificios con forma de garra que tienen un diámetro vertical de orificio con forma de garra. Los orificios con forma de garra forman conductos de flujo que comprenden orificios con forma de garra hacia dentro y orificios con forma de garra hacia fuera. Los orificios con forma de garra hacia dentro y orificios con forma de garra hacia fuera están dispuestos de manera que forman ángulos entre sí. El diámetro vertical de orificio con forma de garra ocupa desde el 100 hasta el 60% de una altura estructural del filtro de manera que se garantiza un grado de libertad de fluido de al menos el 20%. Cuando se usa un cuerpo de tipo panal de abeja en el que sólo las placas corrugadas dadas a conocer en la publicación de patente alemana n.º 20.117.873 U1 están laminadas, o cuando se usa un cuerpo de tipo panal de abeja en el que las placas corrugadas dadas a conocer en la misma y placas lisas metálicas están laminadas de manera alternante, los gases de escape y un agente reductor líquido fluyen de una manera divergente de modo complicado mientras chocan con las paredes (o salientes) de los orificios con forma de garra hacia dentro y hacia fuera. Por consiguiente, la eficacia de agitación del agente reductor líquido se potencia notablemente. Por consiguiente, se facilita adicionalmente la vaporización del agente reductor líquido.

En cuanto al motor de combustión interna, es posible usar motores de gasolina, motores de gasolina de inyección directa, motores diésel, motores de gas y motores de alcohol. Sin embargo, el motor de combustión interna no se limita a éstos. Por ejemplo, los motores diésel emiten gases de escape que contienen MP, y a menudo se hacen funcionar en un sistema en el que se añade un agente reductor líquido, tal como combustible diésel. Además, el aceite líquido contiene HC con alto punto de ebullición que es menos probable que vaporicen. Por tanto, la presente invención muestra las ventajas de una manera mucho más notable cuando se aplica a motores diésel.

En cuanto al turbocargador, es posible usar los usados convencionalmente que comprenden un elemento de salida y un elemento de entrada. El elemento de salida comprende un alojamiento de turbina a cuyo interior fluyen los gases de escape, y una rueda de turbina dispuesta en el alojamiento de turbina. Adicionalmente, el elemento de salida puede comprender adicionalmente un álabe de tobera que controla el grado de apertura/cierre del alojamiento de turbina para cambiar la velocidad de revolución de la rueda de turbina apropiadamente. Además, el elemento de salida comprende un alojamiento de compresor a cuyo interior fluye el aire de admisión, y una rueda de compresor dispuesta en el alojamiento de compresor y que se hace girar mediante la rueda de turbina giratoria.

En cuanto al inyector, es posible usar aquéllos, tales como toberas de inyección, accionadas por diversos actuadores. En general, es posible emplear aquéllos usados convencionalmente en los que la sincronización y la adición del agente reductor líquido están controladas por unidades de control electrónico (denominadas a continuación en el presente documento "UCE").

En cuanto al agente reductor líquido, es preferible usar un combustible empleado en un motor de combustión interna al que se aplica el presente aparato de purificación de gas de escape. Es posible mostrar a modo de ejemplo gasolina, y aceite ligero tal como combustible diésel.

El catalizador de sorción y reducción de NO_{x} comprende un soporte, un componente catalítico cargado en el soporte y un material de sorción de NO_{x} cargado en el soporte. Es posible emplear catalizadores de sorción y reducción de NO_{x} usados convencionalmente. En cuanto al soporte, es posible usar sustancias simples, tales como Al_{2}O_{3}, ZrO_{2}, TiO_{2} y CeO_{2}, o mezclas de las mismas. Alternativamente, es posible usar una pluralidad de óxidos compuestos, compuestos de al menos dos sustancias simples seleccionadas del grupo que consiste en las sustancias simples anteriores. En cuanto al componente catalítico, el Pt puede ser un ejemplo representativo, pero pueden usarse Rh, Pd e Ir. En cuanto al material de sorción de NO_{x}, es posible usar al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en metales alcalinos, metales alcalinotérreos y metales de tierras raras. Obsérvese que es preferible usar un metal alcalino y un metal alcalinotérreo de manera combinada.

El catalizador de sorción y reducción de NO_{x} pueden ser o bien catalizadores de sorción y reducción de NO_{x} con estructura de flujo lineal o catalizadores de sorción y reducción de NO_{x} con estructura de flujo por las paredes. Por ejemplo, el catalizador de sorción y reducción de NO_{x} pueden ser catalizadores que se preparan formando una capa de recubrimiento sobre un sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo lineal y cargando un componente catalítico y un material de sorción de NO_{x} en la capa de recubrimiento resultante. Sin embargo, cuando los gases de escape contienen MP, es necesario disponer un filtro para atrapar la MP en un lado aguas arriba o un lado aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto al catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Por tanto, es deseable disponer el catalizador de sorción y reducción de NO_{x} en un lado aguas arriba del flujo de gases de escape, y disponer un filtro en un lado aguas abajo de un flujo de los gases de escape con respecto al catalizador de sorción y reducción de NO_{x}. Como resultado, la actividad de reducción de NO_{x} del catalizador de sorción y reducción de NO_{x} aumenta bruscamente, porque el potenciador de vaporización facilita la gasificación del agente reductor líquido y la MP. Además, incluso si hubiera permanecido MP en los gases de escape, es posible impedir de manera segura la emisión de MP porque el filtro en el lado aguas abajo atrapa la MP.

Además, en cuanto al catalizador de sorción y reducción de NO_{x}, es preferible usar catalizadores con filtro que se preparan formando una capa de recubrimiento sobre una superficie de los poros en las paredes celulares de un sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo por las paredes y cargando un componente catalítico y un material de sorción de NO_{x} en la capa de recubrimiento resultante. Al usar catalizadores con filtro de este tipo, no sólo es posible purificar HC, CO y NO_{x} y atrapar MP al mismo tiempo, sino también purificar la MP atrapada mediante oxidación.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplos

A continuación en el presente documento se describirá la presente invención con detalle con referencia a realizaciones a modo de ejemplo y ejemplos comparativos.

La figura 1 ilustra un aparato de purificación de gas de escape según la presente invención. Un sistema de escape de un motor 1 diésel de inyección directa se ramifica en dos conductos de flujo desde un colector 10 de escape. Un turbocargador 2 está dispuesto en uno de los conductos de flujo y un refrigerador 3 de recirculación de gas de escape (que a continuación en el presente documento se abrevia como "RGE") está dispuesto en el otro de los conductos de flujo. Los gases de escape emitidos desde el turbocargador 2 pasan a través de un convertidor 4 catalítico y se descargan al exterior. Por otro lado, los gases de escape que pasan a través del refrigerador 3 de RGE se devuelven a un colector 11 de admisión mientras que la tasa de flujo se controla mediante una válvula 30 de RGE. Un inyector 12 está instalado en un lado aguas arriba del flujo de los gases de escape con respecto al turbocargador 2 de modo que puede añadir combustible diésel a los gases de escape. Un catalizador 5 oxidante con forma de panal de abeja pequeño está dispuesto entre el inyector 12 y el turbocargador 2. Además, el convertidor 4 catalítico está equipado con un catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración.

Como se ilustra en la figura 2, el catalizador 5 oxidante comprende un sustrato 52 con forma de panal de abeja, una capa de recubrimiento y Pt. El sustrato 52 con forma de panal de abeja comprende una placa 50 lisa metálica y una placa 51 corrugada metálica que están laminadas y enrolladas. Además, el sustrato 52 con forma de panal de abeja tiene un volumen de 24,6 cm^{3}, y está compuesto por conductos de flujo celulares. La capa de recubrimiento está formada en una superficie de los conductos de flujo celulares del sustrato 52 con forma de panal de abeja, y comprende 57 partes en peso de un polvo de Al_{2}O_{3}, 8 partes en peso de un polvo de CeO_{2} y 35 partes en peso de un polvo de zeolita. El Pt se carga en la capa de recubrimiento. Además, el sustrato 52 con forma de panal de abeja se encuentra en un revestimiento 53 metálico. El conjunto del sustrato 52 con forma de panal de abeja y el revestimiento 53 se forma para tener una superficie 54 inclinada que está inclinada con un ángulo agudo, por ejemplo, de 20 grados, con respecto a los gases de escape, en el extremo de entrada. Por tanto, el catalizador 5 oxidante entra en contacto con los gases de escape con una zona de contacto ampliada. Obsérvese que la capa de recubrimiento se forma en una cantidad de 100 g con respecto a 1 l del sustrato 52 con forma de panal de abeja y el Pt se carga en una cantidad de 5 g con respecto a 1 l del sustrato 52 con forma de panal de abeja. Obsérvese que el conjunto puede cortarse adicionalmente de manera oblicua en el extremo de salida tal como se designa con la línea discontinua de la figura 2, por ejemplo, con el fin de igualar las resistencias de los conductos de flujo celulares y finalmente uniformizar el flujo de gases de
escape.

El combustible diésel añadido a través del inyector 12 pasa a través del catalizador 5 oxidante junto con gases de escape. Por consiguiente, el calor de los gases de escape vaporiza el combustible diésel y lo oxida parcialmente. Por consiguiente, se facilita la vaporización del combustible diésel.

El catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración comprende un sustrato con forma de panal de abeja hecho de cordierita, y una capa de recubrimiento catalítica. El sustrato con forma de panal de abeja comprende paredes celulares y conductos celulares que tienen extremos opuestos. La mitad de los conductos celulares están cerrados en uno de los extremos opuestos de una manera alternante y la otra mitad de los conductos celulares están cerrados en el otro de los extremos opuestos de una manera alternante. La capa de recubrimiento catalítica se forma en una superficie de los poros en las paredes celulares. Obsérvese que el sustrato con forma de panal de abeja es un sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo por las paredes que está hecho de cordierita y cuyo volumen es de 2.000 cm^{3}. La capa de recubrimiento catalítica se forma de manera uniforme dentro de las paredes celulares. La capa de recubrimiento catalítica comprende una capa de recubrimiento, y Pt, Ba, K y Li que se cargan en la capa de recubrimiento. La capa de recubrimiento comprende 56 partes en peso de un polvo de Al_{2}O_{3}, 56 partes en peso de un polvo de óxido compuesto de ZrO_{2}-TiO_{2}, 11 partes en peso de un polvo de óxido compuesto de CeO_{2}-ZrO_{2} y 27 partes en peso de un polvo catalítico de Rh/ZrO_{2}. Obsérvese que el polvo catalítico de Rh/ZrO_{2} comprende ZrO_{2} en el que se carga Rh en una cantidad de un 1% en peso. Además la capa de recubrimiento se forma en una cantidad de 150 g con respecto a 1 l del sustrato con forma de panal de abeja. El Pt se carga en una cantidad de 3 g con respecto a 1 l del sustrato con forma de panal de abeja. Ba, K y Li se cargan en una cantidad de 0,1 mol, 0, 1 mol y 0,2 mol, respectivamente, con respecto a 1 l del sustrato con forma de panal de abeja.

El catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración atrapa la MP contenida en los gases de escape en los poros en las paredes celulares cuando los gases de escape pasan a través de las paredes celulares, y simultáneamente purifica la MP atrapada así como HC, CO y NO_{x}, contenidos en los gases de escape.

\newpage

Excepto en que un cuerpo 7 con forma de panal de abeja ilustrado en la figura 3 está dispuesto en lugar del catalizador 5 oxidante, un aparato de purificación de gas de escape según un ejemplo adicional que no forma parte de la invención reivindicada tiene las mismas disposiciones que las del aparato de purificación de gas de escape según la presente invención. Obsérvese que el cuerpo 7 con forma de panal de abeja está hecho de metal y tiene un volumen de 24 cm^{3}. Específicamente, tal como se ilustra en el dibujo, el cuerpo 7 con forma de panal de abeja comprende placas 8 corrugadas ilustradas en la figura 4, y una placa 70 lisa metálica. Las placas 8 corrugadas y las placas 70 lisas se laminan una detrás de otra. El subconjunto resultante de las placas 8 corrugadas y las placas 70 lisas laminadas se aloja en un revestimiento 71 metálico.

Como se ilustra en la figura 4, las placas 8 corrugadas del cuerpo 7 con forma de panal de abeja comprenden rebordes 82 ondulados, rebajes 83 secundarios, rebordes 82 ondulados secundarios, crestas 84 secundarias y segundos rebajes 83 secundarios. Los rebordes 82 ondulados, rebajes 83 secundarios, rebordes 82 ondulados secundarios, crestas 84 secundarias y segundos rebajes 83 secundarios se forman de manera alternante en este orden en paralelo a una dirección de flujo de los gases de escape. Los rebordes 82 ondulados comprenden crestas 80 primarias y rebajes 81 primarios. Las crestas 80 primarias y los rebajes 81 primarios están dispuestos de manera alternante en una sucesión perpendicular a la dirección de flujo de los gases de escape. Los rebajes 83 secundarios están dispuestos en un lado aguas abajo de la dirección de flujo de los gases de escape con respecto a los rebordes 82 ondulados y están dispuestos próximos a las crestas 80 primarias de los rebordes 82 ondulados en una sucesión. Los rebordes 82 ondulados secundarios están dispuestos en un lado aguas abajo de la dirección de flujo de los gases de escape con respecto a los rebajes 83 secundarios y están dispuestos próximos a los rebajes 83 secundarios en una sucesión. Las crestas 84 secundarias están dispuestas en un lado aguas abajo de la dirección de flujo de los gases de escape con respecto a los segundos rebordes 82 ondulados y están dispuestas próximas a las crestas 80 primarias de los segundos rebordes 82 ondulados en una sucesión. Las segundas crestas 83 secundarias están dispuestas en un lado aguas abajo de la dirección de flujo de los gases de escape con respecto a las crestas 84 secundarias y están dispuestas próximas a las crestas 80 primarias de los rebordes 82 ondulados secundarios en una sucesión. Obsérvese que, como se ilustra en la figura 5, los picos de las crestas 84 secundarias tienen una altura menor que la de los picos de las crestas 80 primarias. Las partes inferiores de los rebajes 83 secundarios tienen una profundidad menor que la de las partes inferiores de los rebajes 81
primarios.

Como se ilustra en la figura 6, los rebajes 83 secundarios comprenden una superficie 85 inclinada, respectivamente. Las superficies 85 inclinadas están dispuestas en un lado aguas abajo de los rebajes 83 secundarios en la dirección de flujo de los gases de escape y tienen una sección decreciente de más ancha a más estrecha hacia arriba. Obsérvese que las superficies 85 inclinadas se extienden suavemente hacia los picos de las crestas 80 primarias adyacentes. Además, como se ilustra en la figura 7, las crestas 84 secundarias comprenden una superficie 86 inclinada, respectivamente. Las superficies 86 inclinadas están dispuestas en un lado aguas abajo de las crestas 84 secundarias en la dirección de flujo de los gases de escape y tienen una sección decreciente de más ancha a más estrecha hacia abajo. Obsérvese que las superficies 86 inclinadas se extienden suavemente hacia las partes inferiores de los rebajes 81 primarios adyacentes.

En el cuerpo 7 con forma de panal de abeja así construido, los gases de escape, que se emiten desde los primeros conductos 71 formados entre las crestas 80 primarias y las placas 70 lisas inferiores, fluyen al interior de segundos conductos 72 formados entre los rebajes 83 secundarios y las placas 70 lisas superiores. Obsérvese que las superficies 85 inclinadas funcionan como salientes según la presente invención, porque los segundos conductos 72 se cierran parcialmente en la abertura de extremo aguas abajo mediante las superficies 85 inclinadas que tienen una sección decreciente de más estrecha a más ancha hacia arriba.

Los gases de escape que chocan con las superficies 85 inclinadas fluyen al interior de los rebajes 81 primarios (véanse las figuras 4 y 5) que están dispuestos en ambos lados de las superficies 85 inclinadas en la dirección perpendicular al flujo de gases de escape. A continuación, como se ilustra en la figura 7, los gases de escape fluyen al interior de terceros conductos 73 formados entre las crestas 84 secundarias y las placas 70 lisas inferiores. Obsérvese que las superficies 86 inclinadas también funcionan como salientes según la presente invención, porque los terceros conductos 73 se cierran parcialmente en la abertura de extremo aguas abajo mediante las superficies 86 inclinadas que tienen una sección decreciente de más ancha a más estrecha hacia abajo. Además, los gases de escape que chocan con las superficies 86 inclinadas fluyen al interior de los primeros conductos 71 que están dispuestos en ambos lados de los terceros conductos 73 en la dirección perpendicular al flujo de gases de escape.

Por tanto, los gases de escape fluyen de una manera divergente de modo complicado mientras chocan con las superficies 85, 86 inclinadas. Por consiguiente, la eficacia de agitación del combustible diésel se potencia notablemente. El combustible diésel añadido a través del inyector 12 entra en contacto con los gases de escape a alta temperatura. Por consiguiente, se facilita además la vaporización del combustible diésel.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo comparativo n.º 1

Excepto en que el catalizador 5 oxidante no está dispuesto, un aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo comparativo n.º 1 tiene las mismas disposiciones que las del aparato de purificación de gas de escape según la presente invención.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo comparativo n.º 2

Excepto en que el catalizador 5 oxidante no está dispuesto, y que un catalizador oxidante con forma de panal de abeja está dispuesto entre el turbocargador 2 y el catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración, un aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo comparativo n.º 2 tiene las mismas disposiciones que las del aparato de purificación de gas de escape según la presente invención.

El catalizador oxidante con forma de panal de abeja dispuesto entre el turbocargador 2 y el catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración comprende un sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo lineal, una capa de recubrimiento y Pt. El sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo lineal comprende paredes celulares y conductos celulares que tienen extremos opuestos. Obsérvese que el sustrato con forma de panal de abeja con estructura de flujo lineal está hecho de cordierita y tiene un volumen de 800 cm^{3}. La capa de recubrimiento se aplica sobre una superficie de los conductos celulares del sustrato con forma de panal de abeja con flujo lineal. La capa de recubrimiento comprende 91 partes en peso de un polvo de Al_{2}O_{3}, 13 partes en peso de un polvo de CeO_{2} y 56 partes en peso de un polvo de zeolita. El Pt se carga en la capa de recubrimiento. Obsérvese que la capa de recubrimiento se forma en una cantidad de 160 g con respecto a 1 l del sustrato con forma de panal de abeja con flujo lineal. El Pt se carga en una cantidad de 2 g con respecto a 1 l del sustrato con forma de panal de abeja con flujo
lineal.

\vskip1.000000\baselineskip

Prueba y evaluación

La tabla 1 a continuación resume las disposiciones de los aparatos de purificación de gas de escape según la presente invención y el ejemplo adicional que no forma parte de la invención reivindicada y las de los aparatos de purificación de gas de escape según los ejemplos comparativos n.^{os} 1 y 2 en general.

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 1

1

\newpage

Se preparó un banco de pruebas de motor que estaba equipado con un motor diésel de conducto común (common rail) de inyección directa cuyo desplazamiento era de 2 l. Se dispusieron el aparato de purificación de gas de escape según la invención reivindicada así como los ejemplos comparativos n.^{os} 1 y 2 en el sistema de escape del motor diésel, respectivamente. A continuación, se llevó a cabo una prueba de durabilidad que simuló la conducción de 100.000 km en el modo de conducción europeo. A continuación, se hicieron fluir los gases de escape cuya temperatura era de 340ºC a través de los aparatos de purificación de gas de escape mientras se añadía 2 cm^{3} de combustible diésel a los gases de escape a través del inyector 12 cada 30 segundos. Por tanto, se examinaron los aparatos de purificación de gas de escape para determinar cantidades de sorción de NO_{x} saturadas puesto que las adiciones de combustible diésel estaban completas. La figura 8 ilustra las cantidades de sorción de NO_{x} saturadas así medidas.

Se aprecia por la figura 8 que el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención presentó una mayor cantidad de sorción de NO_{x} que las presentadas por los aparatos de purificación de gas de escape según los ejemplos comparativos n.^{os} 1 y 2.

Con el fin de investigar a fondo las causas que dieron como resultado una diferencia, se prepararon versiones modificadas del aparato de purificación de gas de escape según la presente invención en las que se cambió la longitud global del catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de diversas maneras, y también se prepararon versiones modificadas del aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo comparativo n.º 1 en las que se cambió la longitud global del catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de diversas maneras. Se examinaron las versiones modificadas para determinar cantidades de sorción de NO_{x} saturadas de la manera anteriormente descrita. La figura 10 ilustra las cantidades de sorción de NO_{x} saturadas así medidas.

Es evidente por la figura 10 que cuanto más largo era el catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} mayor era la cantidad de sorción de NO_{x} saturada. Sin embargo, el catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} del aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo comparativo n.º 1 casi no mostró la capacidad de sorción de NO_{x} en las partes por aproximadamente 5 cm desde el extremo de entrada. Por otro lado, el catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} del aparato de purificación de gas de escape según la presente invención mostró la capacidad de sorción de NO_{x} en cierta medida en las mismas partes. Se cree que esta ventaja se obtiene por el hecho de que el catalizador 5 oxidante modificó el combustible diésel, que la modificación facilitó la vaporización del combustible diésel, que los HC modificados activos fluyeron al interior del catalizador 6 de sorción y reducción de NO_{x} de filtración para aumentar la capacidad de purificación de NO_{x} y que el catalizador 5 oxidante facilitó la oxidación de NO.

Además, se dispusieron los aparatos de purificación de gas de escape según la presente invención y el ejemplo adicional que no forma parte de la invención así como los ejemplos comparativos n.^{os} 1 y 2 en el sistema de escape del motor diésel anteriormente mencionado del banco de pruebas de motor, respectivamente. A continuación, se condujo el motor diésel de una manera que simulaba el modo de conducción europeo. Por tanto, se examinaron los aparatos de purificación de gas de escape para determinar emisiones de NO_{x}, CO, HC y MP, respectivamente, por cada conducción de 1 km. La figura 9 ilustra las emisiones de NO_{x}, CO, HC y MP así medidas.

Por la figura 9 es evidente que los aparatos de purificación de gas de escape según la presente invención y el ejemplo adicional que no forma parte de la invención reivindicada presentaron notablemente menos emisiones de NO_{x}, CO, HC y MP que las presentadas por los aparatos de purificación de gas de escape según los ejemplos comparativos n.^{os} 1 y 2. Se cree que las ventajas se obtienen por el hecho de que se facilitó la vaporización y la modificación del combustible diésel.

Obsérvese que, con respecto a las temperaturas de los gases de escape en los lados aguas arriba y aguas abajo de un flujo de gases de escape con respecto al turbocargador 2 en la conducción uniforme a 60 km/hora, se ha encontrado que la temperatura de los gases de escape en el lado aguas arriba del flujo de gases de escape con respecto al turbocargador 2 es mayor que la temperatura de los gases de escape en el lado aguas abajo del flujo de gases de escape con respecto al turbocargador 2. Por tanto, se cree que el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención presentó menos emisiones de NO_{x}, CO, HC y MP que las presentadas por el aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo comparativo n.º 2, debido a que el aparato de purificación de gas de escape según la presente invención comprendía el catalizador 5 oxidante dispuesto en un lado aguas arriba del flujo de gases de escape con respecto al turbocargador 2 de modo que se facilitó la vaporización y la modificación del combustible diésel.

Claims

1. Aparato para purificar un gas de escape que fluye desde un motor (1) diésel equipado con un turbocargador (2), que comprende:

un inyector (12) que inyecta, como agente reductor líquido, combustible diésel intermitentemente en el gas de escape y está dispuesto en un lado aguas arriba del turbocargador (12); y

un catalizador (4) de sorción y reducción de NO_{x} dispuesto en un lado aguas abajo del turbocargador (12);

estando caracterizado dicho aparato para purificar un gas de escape que fluye desde un motor (1) diésel equipado con un turbocargador (2) porque comprende además:

un potenciador de vaporización que potencia la vaporización del agente reductor líquido y está dispuesto entre el inyector (12) y el turbocargador (2), en el que

el potenciador de vaporización comprende un catalizador (5) oxidante, y en el que

el catalizador (5) oxidante comprende un sustrato (52) de tipo panal de abeja que tiene una cara de extremo aguas arriba que tiene un ángulo agudo con respecto a una dirección de un flujo del gas de escape en el sustrato (52) de tipo panal de abeja.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el gas (71, 72, 73) de escape incluye materia particulada.

3. Aparato según la reivindicación 1, en el que el catalizador (4) de sorción y reducción de NO_{x} comprende un sustrato de tipo panal de abeja con estructura de flujo por las paredes.