ES2227306T3

ES2227306T3 - Dispositivo purificador de gas de escape.

Info

Publication number: ES2227306T3
Application number: ES01984342T
Authority: ES
Inventors: Shinya C/O Toyota Jidosha Kabushiki K. Hirota; Toshiaki C/O TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K. TANAKA; Kazuhiro C/O TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K. ITOH; Takamitsu c/o Toyota Jidosha K. K. Asanuma; Koichiro C/O TOYOTA JIDOSHA K. K. NAKATANI; Koichi C/O TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K. KIMURA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: EP1303685A2; DE60106924T2; CN1386161A; CN1230608C; KR100495205B1; US20020170287A1; WO2002008581A3; US6823665B2; DE60106924D1; US20040231324A1; WO2002008581A2; US7059113B2; KR20020048940A; EP1303685B1

Abstract

Aparato de purificación de gas de escape para un aparato un conducto de escape, un filtro de partículas dispuesto en el conducto de escape para eliminar por oxidación partículas en el gas de escape que sale de la cámara de combustión, un dispositivo para controlar una característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y un medio para evaluar si el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor derivado de la oxidación de las partículas, en el que cuando el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas para evitar que el filtro de partículas se vea deteriorado por el calor, caracterizado porque el dispositivo controlador puede controlar la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas, y en el que cuando el medio de estimación estima que el filtro concreto se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador realiza una primera operación de control para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea menor que un primer umbral, y una segunda operación de control para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea mayor que un segundo umbral que es mayor que el primer umbral.

Description

Dispositivo purificador de gas de escape.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo purificador de gas de escape de un motor.

Técnica anterior

En la técnica relacionada, en un motor diesel, las partículas contenidas en el gas de escape se eliminan disponiendo un filtro de partículas en el conducto de escape del motor, empleando ese filtro de partículas para atrapar las partículas en el gas de escape e inflamando y quemando las partículas atrapadas en el filtro de partículas para reciclar el filtro de partículas. Sin embargo, las partículas atrapadas en el filtro de partículas no se inflaman a no ser que la temperatura se vuelva tan elevada como al menos 600ºC aproximadamente. Sin embargo, la temperatura del gas de escape de un motor diesel es normalmente considerablemente menor que 600ºC. Por tanto, es difícil usar el calor del gas de escape para provocar que las partículas atrapadas en el filtro de partículas se inflamen. Para utilizar el calor del gas de escape para provocar que las partículas atrapadas en el filtro de partículas se inflamen, es necesario reducir la temperatura de inflamación de las partículas.

Sin embargo, en la técnica relacionada se ha sabido que la temperatura de inflamación de las partículas puede reducirse si el filtro de partículas lleva un catalizador. Por tanto, en la técnica se conocen varios filtros de partículas que llevan catalizadores para reducir la temperatura de inflamación de las partículas.

Por ejemplo, la Publicación examinada de patente japonesa (Kokoku) nº 7-106290 describe un filtro de partículas que comprende un filtro de partículas que lleva una mezcla de un metal del grupo del platino y un óxido de metal alcalinotérreo. En este filtro de partículas, las partículas se inflaman a una temperatura relativamente baja de aproximadamente 350º a 400ºC y luego se queman continuamente.

Resumiendo el problema a resolver por la invención, en un motor diesel, cuando la carga aumenta, la temperatura del gas de escape llega de 350ºC hasta 400ºC, por tanto con el filtro de partículas podría parecer a primera vista que sería posible hacer que las partículas se inflamasen y ardiesen mediante el calor del gas de escape cuando la carga del motor aumenta. De hecho, sin embargo, incluso si la temperatura del gas de escape llega de 350ºC hasta 400ºC, algunas veces las partículas no se inflaman. Además, aunque las partículas se inflamen, sólo algunas de las partículas arderán y permanecerá sin quemar una gran cantidad de partículas.

Es decir, cuando la cantidad de partículas contenidas en el gas de escape es pequeña, la cantidad de partículas depositada sobre el filtro de partículas es pequeña. En este instante, si la temperatura del gas de escape llega de 350ºC hasta 400ºC, las partículas en el filtro de partículas se inflaman y luego se queman continuamente.

Sin embargo, si la cantidad de partículas contenidas en el gas de escape aumenta antes de que las partículas depositadas sobre el filtro de partículas ardan por completo, otras partículas se depositarán sobre esas partículas. Como resultado, las partículas se depositan en capas sobre el filtro de partículas. Si las partículas se depositan en capas sobre el filtro de partículas de esta manera, entonces algunas de las partículas que están fácilmente en contacto con el oxígeno se quemarán, pero las partículas restantes que no están en contacto con el oxígeno no arderán y por tanto quedará sin quemar una gran cantidad de partículas. Por tanto, si la cantidad de partículas contenidas en el gas de escape aumenta, sobre el filtro de partículas continúa depositándose una gran cantidad de partículas.

Por otro lado, si se deposita sobre el filtro de partículas una gran cantidad de partículas, se hace gradualmente más difícil inflamar y quemar las partículas depositadas. Probablemente se haga más difícil quemar de esta manera porque el carbono en las partículas cambia a grafito difícil de quemar, etc. mientras se depositan. De hecho, si sobre el filtro de partículas continúa depositándose una gran cantidad de partículas, las partículas depositadas no se inflamarán a una baja temperatura de 350ºC a 400ºC. Se requiere una alta temperatura por encima de los 600ºC para provocar la inflamación de las partículas depositadas. Sin embargo, en un motor diesel, la temperatura del gas de escape normalmente nunca llega a ser una temperatura elevada por encima de los 600ºC. Por tanto, si sobre el filtro de partículas continúa depositándose una gran cantidad de partículas, resulta difícil provocar la inflamación de las partículas depositadas mediante el calor del gas de escape.

Por otra parte, si fuese posible en este momento hacer que la temperatura del gas de escape fuese una temperatura elevada por encima de los 600ºC, las partículas depositadas se inflamarían, pero en este caso surgiría otro problema. Es decir, en este caso, si se inflamasen las partículas depositadas, arderían al tiempo que generarían una llama luminosa. En este instante, la temperatura del filtro de partículas se mantendría por encima de los 800ºC durante largo tiempo hasta que las partículas depositadas terminasen siendo quemadas. Sin embargo, si el filtro de partículas se expone de esta manera a una temperatura elevada por encima de los 800ºC durante largo tiempo, el filtro de partículas se deteriorará rápidamente y por tanto surgirá el problema de que el filtro de partículas tenga que sustituirse frecuentemente con un filtro nuevo.

El documento FR 2 774 424 A describe un aparato de purificación de gas de escape para un motor que tiene una cámara de combustión que comprende un conducto de escape, un filtro de partículas dispuesto en el conducto de escape para eliminar por oxidación las partículas en el gas de escape que salen de la cámara de combustión, un dispositivo para controlar una característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y un medio para evaluar si el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor obtenido de la oxidación de las partículas, en el que cuando el medio de estimación estime que el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas para evitar que el filtro de partículas se vea deteriorado por el calor.

Descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es evitar que un filtro de partículas de un aparato de purificación del escape sea deteriorado por el calor obtenido de la quema de las partículas depositadas sobre el filtro de partículas.

Según la presente invención, se proporciona un aparato de purificación de gas de escape para un motor que tiene una cámara de combinación que comprende un conducto de escape, un filtro de partículas dispuesto en el conducto de escape para eliminar por oxidación partículas en el gas de escape que sale de la cámara de combustión, un dispositivo para controlar una característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y un medio para evaluar si el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor derivado de la oxidación de las partículas, en el que cuando el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas para evitar que el filtro de partículas se vea deteriorado por el calor, en el que el dispositivo controlador puede controlar la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas, y cuando el medio de estimación estima que el filtro concreto se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador realiza una primera operación de control para hacer que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea menor que un primer umbral, y una segunda operación de control para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea mayor que un segundo umbral que es mayor que el primer umbral.

Según una realización de la invención, cuando el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor antes de que la característica del gas de escape sea cambiada por el dispositivo controlador, el medio de estimación estima si la temperatura del filtro de partículas se volverá más baja que la temperatura predeterminada al cambiar la característica del gas de escape, y si la concentración del oxígeno en el gas de escape se volverá menor que la concentración predeterminada al cambiar la característica del gas de escape, y el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape para hacer que la temperatura del filtro de partículas sea menor que la temperatura predeterminada, cuando el medio de estimación estima que la temperatura del filtro de partículas se volverá menor que la temperatura predeterminada, cambiando la característica del gas de escape, y el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape para hacer que la concentración de oxígeno en el gas de escape sea menor que la concentración predeterminada cuando el medio de estimación estima que la concentración de oxígeno en el gas de escape se hará más pequeña que la concentración predeterminada.

Breve descripción de los dibujos

Estos y otros objetos y características de la presente invención resultarán más evidentes por la siguiente descripción, dada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista general de un motor de combustión interna;

las figuras 2A y 2B son vistas de la relación entre un par motor necesario de un motor, un cantidad de depresión de un pedal acelerador y un régimen del motor;

las figuras 3A y 3B son vistas de un filtro de partículas;

las figuras 4A y 4B son vistas para explicar una acción de oxidación de partículas;

las figuras 5A a 5C son vistas para explicar una acción de deposición de partículas;

la figura 6 es una vista de la relación entre la cantidad de partículas que puede eliminarse por oxidación y la temperatura del filtro de partículas;

las figura 7A y 7B son vistas de una cantidad de partículas que puede eliminarse por oxidación;

las figuras 8A a 8F son vistas de gráficos de la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación;

las figuras 9A y 9B son vistas de gráficos de la concentración de oxígeno y la concentración de NO_{x} en el gas de escape;

las figuras 10A y 10B son vistas de la cantidad de partículas descargadas;

la figura 11 es una vista de una región de tratamiento simultáneo de partículas y de NO_{x};

la figura 12 es una vista para explicar el método de eliminación de partículas por oxidación;

la figura 13 es una vista de la cantidad de generación de humo;

las figuras 14A y 14B son vistas de la temperatura del gas en la cámara de combustión;

la figura 15 es una vista de unas regiones I y II de funcionamiento;

la figura 16 es una vista de una relación A/F de aire/combustible;

la figura 17 es una vista de un cambio de un grado de apertura de una válvula de mariposa, etc.;

la figura 18 es una vista de un gráfico de una cantidad de absorción de NO_{x};

la figura 19 es un diagrama de flujo para procesar un indicador de liberación de NO_{x} y un indicador de liberación de SO_{x};

las figuras 20 y 21 son diagramas de flujo para controlar el funcionamiento del motor;

la figura 22 es una vista en planta de un mecanismo de derivación en el que se fija una posición de rotación de una válvula de conmutación en una primera posición de rotación;

la figura 23 es una vista lateral del mecanismo de derivación mostrado en la figura 21;

la figura 24 es una vista en planta de un mecanismo de derivación en el que se fija una posición de rotación de una válvula de conmutación en una segunda posición de rotación;

la figura 25 es una vista en planta del mecanismo de derivación en el que la posición de rotación de la válvula de conmutación se fija en una posición neutra;

la figura 26 es una vista que muestra partículas depositadas;

la figura 27 es un diagrama de flujo para controlar la posición de rotación de la válvula de conmutación;

la figura 28 es un diagrama de flujo para realizar un proceso para evitar un deterioro térmico de una primera realización;

las figuras 29A y 29B son gráficos para mostrar la relación entre una zona de seguridad, una zona peligrosa, una cantidad de aire de admisión y una concentración de oxígeno;

la figura 30 es un diagrama de flujo para contar un contador de seguridad;

la figura 31 es un diagrama de flujo para realizar un proceso para evitar un deterioro térmico de una segunda realización;

la figura 32 es un diagrama de flujo para eliminar partículas depositadas;

la figura 33 es un diagrama de flujo para evitar el deterioro térmico;

la figura 34 es un diagrama de flujo para evaluar si se cumple una condición de evitar el deterioro térmico; y

la figura 35 es un diagrama de flujo para evaluar si se cumple una condición de evitar el deterioro térmico según otra realización.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

La figura 1 muestra el caso de la aplicación de la presente invención a un motor de combustión interna de tipo de encendido por compresión. Obsérvese que la presente invención también puede aplicarse a un motor de combustión interna de tipo de encendido por chispa.

Con referencia a la figura 1, 1 indica un cuerpo del motor, 2, un bloque de cilindros, 3, una culata, 4, un pistón, 5, una cámara de combustión, 6, un inyector de combustible controlado eléctricamente, 7, una válvula de admisión, 8, un orificio de admisión, 9, una válvula de escape, y 10, un orificio de escape. El orificio 8 de admisión está conectado a un depósito 12 de compensación a través de un correspondiente tubo 11 de admisión, mientras que el depósito 12 de compensación está conectado a un compresor 15 de un turbocompresor 14 de escape a través de un conducto 13 de admisión. Un contador 13a de la corriente de aire para medir un caudal del aire de admisión está dispuesto en un tubo 13b de admisión aguas arriba del compresor 15. Dentro del conducto 13 de admisión está dispuesta una válvula 17 de mariposa accionada por un motor 16 paso a paso. Además, un dispositivo 18 refrigerador está dispuesto alrededor del conducto 13 de admisión para refrigerar el aire de admisión que fluye a través del conducto 13 de admisión. En la realización mostrada en la figura 1, el agua de refrigeración del motor fluye dentro del dispositivo 18 refrigerador y el aire de admisión es enfriado por el agua de refrigeración del motor. Por otra parte, el orificio 10 de escape está conectado a una turbina 21 de escape de un turbocompresor 14 de escape a través de un colector 19 de escape y de un tubo 20 de escape. La salida de la turbina 21 de escape está conectada a una carcasa 23 que aloja un filtro 22 de partículas a través de un tubo 20a de escape.

El colector 19 de escape y el depósito 12 de compensación están conectados entre sí a través de un conducto 24 de recirculación del gas de escape (EGR). Dentro del conducto 24 de EGR está dispuesta una válvula 25 de control de la EGR controlada eléctricamente. Un dispositivo 26 refrigerador está dispuesto alrededor del conducto 24 de EGR para enfriar el gas de EGR que circula dentro del conducto 24 de EGR. En la realización mostrada en la figura 1, el agua de refrigeración del motor se guía dentro del dispositivo 26 refrigerador y el gas de EGR es enfriado por el agua de refrigeración del motor. Por otra parte, los inyectores 6 de combustible están conectados a un depósito de combustible, un denominado raíl 27 común, a través de unos tubos 6a de alimentación de combustible. El combustible se introduce en el raíl 27 común desde una bomba 28 de combustible de descarga variable, controlada eléctricamente. El combustible alimentado al raíl 27 común se alimenta a los inyectores 6 de combustible a través de los tubos 6a de alimentación de combustible. El raíl 29 común tiene sujeto al mismo un detector 29 de la presión del combustible para detectar la presión del combustible en el raíl 27 común. La descarga de la bomba 28 de combustible se controla en función de la señal de salida del detector 29 de la presión del combustible de manera que la presión del combustible en el raíl 27 común se convierte en una presión del combustible objetivo.

Una unidad 30 electrónica de control está compuesta de un ordenador digital dotado de una memoria 32 de sólo lectura (ROM), una memoria 33 de acceso aleatorio (RAM), un microprocesador 34 (CPU), un puerto 35 de entrada y un puerto 36 de salida conectados entre sí a través de un bus 31 bidireccional. La señal de salida del detector 29 de la presión del combustible se introduce en el puerto 35 de entrada a través de un convertidor 37 analógico-digital correspondiente. Además, el filtro 22 de partículas tiene sujeto al mismo un detector 39 de temperatura para detectar el filtro 22 de partículas. La señal de salida de este detector 39 de temperatura se introduce en el puerto 35 de entrada a través del convertidor 37 analógico-digital correspondiente. La señal de salida del contador 13a de la corriente de aire se introduce en el puerto 35 de entrada a través del convertidor 37 analógico-digital correspondiente. Un pedal 40 acelerador está conectado a un detector 41 de carga que genera una tensión de salida proporcional a la cantidad L de depresión del pedal 40 acelerador. La tensión de salida del detector 41 de carga se introduce en el puerto 35 de entrada a través del convertidor 37 analógico-digital correspondiente. Además, el puerto 35 de entrada está conectado a un detector 42 del ángulo del cigüeñal que genera un impulso de salida cada vez que un cigüeñal gira, por ejemplo, 30 grados. Por otra parte, el puerto 36 de salida está conectado, a través de unos circuitos 38 de accionamiento correspondientes, a los inyectores 6 de combustible, el motor 16 paso a paso para accionar la válvula de mariposa, la válvula 25 de control de la EGR y la bomba 28 de combustible.

La figura 2A muestra la relación entre el par TQ motor requerido, la cantidad L de depresión del pedal 40 acelerador y el régimen N del motor. Nótese que en la figura 2A, las curvas muestran las curvas de par motor equivalentes. La curva mostrada por TQ = 0 muestra el par motor en cero, mientras que las curvas restantes muestran unos pares motores necesarios que aumentan gradualmente, del orden de TQ = a, TQ = b, TQ = c y TQ = d. El par TQ motor necesario mostrado en la figura 2A, tal como se muestra en la figura 2B, está almacenado en la ROM 32 con antelación como una función de la cantidad L de depresión del pedal 40 acelerador y del régimen N del motor. En esta realización de la presente invención, el par TQ motor necesario de acuerdo con la cantidad L de depresión del pedal 40 acelerador y el régimen N del motor se calcula primero a partir del gráfico mostrado en la figura 2B, y luego se calcula la cantidad de inyección de combustible, etc., en función del par TQ motor requerido.

Las figuras 3A y 3B muestran la estructura del filtro 22 de partículas. Nótese que la figura 3A es una vista frontal del filtro 22 de partículas, mientras que la figura 3B es una vista lateral en corte del filtro 22 de partículas. Tal como se muestra en las figuras 3A y 3B, el filtro 22 de partículas forma una estructura de panal y está dotado de una pluralidad de conductos 50, 51 de circulación de escape que se extienden en paralelo entre sí. Estos conductos de circulación de escape comprenden unos conductos 50 de entrada de gas de escape, con unos extremos aguas abajo sellados por unos tapones 52, y unos conductos 51 de salida de gas de escape, con unos extremos aguas arriba sellados por los tapones 52. Obsérvese que las partes sombreadas en la figura 3A muestran unos tapones 53. Por tanto, los conductos 50 de entrada de gas de escape y los conductos 51 de salida de gas de escape están dispuestos de manera alterna a través de unas particiones 54 de pared delgada. Es decir, los conductos 50 de entrada de gas de escape y los conductos 51 de salida de gas de escape están dispuestos de manera que cada conducto 50 de entrada de gas de escape está rodeado por cuatro conductos 51 de salida de gas de escape y cada conducto 51 de salida de gas de escape está rodeado por cuatro conductos 50 de entrada de gas de escape.

El filtro 22 de partículas está constituido por un material poroso, tal como por ejemplo, cordierita. Por tanto, el gas de escape que fluye al interior de los conductos 50 de entrada de gas de escape fluye fuera, al interior de los conductos 51 de salida de gas de escape colindantes, a través de las particiones 54 circundantes, tal como se muestra mediante las flechas en la figura 3B.

En una realización de la presente invención, sobre las superficies periféricas de los conductos 50 de entrada de gas de escape y de los conductos 51 de salida de gas de escape, es decir, las dos superficies laterales de las particiones 54, las paredes interiores de los finos agujeros en las caras extremas exteriores de las particiones 54 de los tapones 53 y en la cara extrema interior de los tapones 52, 53, está formada una capa de un portador compuesto de, por ejemplo, alúmina. El portador tiene un catalizador de metal precioso y un agente de liberación de oxígeno activo, que absorbe el oxígeno y retiene el oxígeno si hay presente un exceso de oxígeno en el ambiente y libera el oxígeno conservado en forma de oxígeno activo si baja la concentración de oxígeno en el ambiente.

En este caso, en una realización según la presente invención, se emplea platino Pt como el catalizador de metal precioso. Como agente de liberación de oxígeno activo, se utiliza al menos uno de entre un metal alcalino, tal como el potasio K, sodio Na, litio Li, cesio Cs y rubidio Rb, un metal alcalinotérreo, tal como el bario Ba, calcio Ca y estroncio Sr, una tierra rara, tal como el lantano La, itrio Y y cerio Ce, un metal de transición, tal como el hierro Fe, y un elemento de la familia del carbono, tal como el estaño Sn.

Obsérvese que, en este caso, como agente de liberación de oxígeno activo, preferiblemente se emplea un metal alcalino o un metal alcalinotérreo con una tendencia más elevada a ionizarse que el calcio Ca, es decir, el potasio K, litio Li, cesio Ce, rubidio Rb, bario Ba y estroncio Sr.

A continuación, se explicará la acción de eliminación de las partículas en el gas de escape por el filtro 22 de partículas tomando como ejemplo el caso en que se hay platino Pt y potasio K en un portador, pero se realiza el mismo tipo de acción de eliminación de partículas incluso cuando se emplea otro metal precioso, metal alcalino, metal alcalinotérreo, metal raro, metal de transición y elemento de la familia del carbono.

En un motor de combustión interna de tipo de ignición por compresión, tal como el mostrado en la figura 1, la combustión tiene lugar con un exceso de aire. Por tanto, el gas de escape contiene una gran cantidad de aire en exceso. Es decir, si la relación aire-combustible introducidos en conducto de admisión, la cámara 5 de combustión y el conducto de escape se llama la relación aire-combustible del gas de escape, entonces, en un motor de combustión interna de tipo de ignición por compresión tal como el mostrado en la figura 1, la relación aire-combustible del gas de escape se reduce. Además, en la cámara 5 de combustión, se genera NO, de manera que el gas de escape contiene NO. Además, el combustible contiene azufre S. Este azufre S reacciona con el oxígeno en la cámara 5 de combustión para convertirse en SO_{2}. Por tanto, el gas de escape contiene SO_{2}. Por consiguiente, en los conductos 50 de entrada de gas de escape del filtro 22 de partículas entra gas de escape que contiene oxígeno en exceso, NO y SO_{2}.

Las figuras 4A y 4B son vistas ampliadas de la superficie de la capa portadora formada sobre las superficies circunferenciales interiores de los conductos 50 de entrada de gas de escape y las paredes interiores de los agujeros finos en las particiones 54. Obsérvese que en las figuras 4A y 4B, 60 indica partículas de platino Pt, mientras que 61 indica el agente de liberación de oxígeno activo que contiene potasio K.

De esta manera, puesto que el gas de escape contiene una gran cantidad de oxígeno en exceso, si el gas de escape fluye al interior de los conductos 50 de entrada de gas de escape del filtro 22 de partículas, tal como se muestra en la figura 4A, el oxígeno O_{2} se adhiere a la superficie del platino Pt en forma de O_{2}^{-} u O^{-2}. Por otra parte, el NO en el gas de escape reacciona con el O_{2}^{-} o el O^{2-} en la superficie del platino Pt para convertirse en NO_{2} (2 NO + O_{2} \rightarrow 2 NO_{2}). A continuación, parte del NO_{2} que se produce se absorbe en el agente 61 de liberación de oxígeno activo mientras se oxida sobre el platino Pt y se difunde en el agente 61 de liberación de oxígeno activo en forma de iones NO_{3}^{-}de nitrato, tal como se muestra en la figura 4A. Parte de los iones NO_{3}^{-} de nitrato producen nitrato de potasio
KNO_{3}.

Por otra parte, tal como se ha explicado más arriba, el gas de escape también contiene SO_{2}. Este SO_{2} se absorbe en el agente 61 de liberación de oxígeno activo mediante un mecanismo similar al del NO. Es decir, en la forma anterior, el O_{2} se adhiere a la superficie del platino Pt en forma de O_{2}^{-} u O^{2-}. El SO_{2} en el gas de escape reacciona con el O_{2}^{-} o el O^{2-} sobre la superficie del platino Pt para convertirse en SO_{3}. A continuación, parte del SO_{3} que se produce se absorbe en el agente 61 de liberación de oxígeno activo mientras se oxida sobre el platino Pt y se difunde en el agente 61 de liberación de oxígeno activo en forma de iones SO_{4}^{2-} de sulfato mientras se une con el potasio K para producir sulfato de potasio K_{2}SO_{4}. De esta manera, se produce nitrato de potasio KNO_{3} y sulfato de potasio K_{2}SO_{4} en el agente 61 de liberación de oxígeno activo.

Por otra parte, en la cámara 5 de combustión se producen partículas compuestas principalmente de carbono. Por tanto, el gas de escape contiene estas partículas. Las partículas contenidas en el gas de escape entran en contacto y se adhieren a la superficie de la capa portadora, por ejemplo, la superficie del agente 61 de liberación de oxígeno activo, tal como se muestra en la figura 4B, cuando el gas de escape fluye a través de los conductos 50 de entrada de gas de escape del filtro 22 de partículas o cuando se mueven desde los conductos 50 de entrada de gas de escape a los conductos 51 de salida de gas de escape.

Si la partícula 62 se adhiere de esta manera a la superficie del agente 61 de liberación de oxígeno activo, la concentración de oxígeno en la superficie de contacto de la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo cae. Si cae la concentración de oxígeno, se produce una diferencia en la concentración con el interior del agente 61 de liberación de oxígeno activo con alta concentración de oxígeno y por tanto el oxígeno en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se mueve hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo. Como resultado, el nitrato de potasio KNO_{3} formado en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se descompone en potasio K, oxígeno O y NO. El oxígeno O se mueve hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo, mientras se libera el NO del agente 61 de liberación de oxígeno activo al exterior. El NO liberado al exterior se oxida sobre el platino Pt del lado aguas abajo y se absorbe de nuevo en el agente 61 de liberación de oxígeno activo.

Por otra parte, si la temperatura del filtro 22 de partículas es elevada en este instante, el sulfato de potasio K_{2}SO_{4} formado en el agente 61 de liberación de oxígeno activo también se descompone en potasio K, oxígeno O y SO_{2}. El oxígeno O se mueve hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo, mientras se libera el SO_{2} del agente 61 de liberación de oxígeno activo al exterior. El SO_{2} liberado al exterior se oxida sobre el platino Pt del lado aguas abajo en el agente 61 de liberación de oxígeno activo. Obsérvese que, dado que el sulfato de potasio K_{2}SO_{4} es estable y difícil de descomponer, el sulfato de potasio K_{2}SO_{4} libera menos oxígeno activo que el nitrato de potasio KNO_{3}.

Además, tal como se ha explicado más arriba, el agente 61 de liberación de oxígeno activo produce y libera el oxígeno activo durante la reacción con el oxígeno cuando el agente 61 de liberación de oxígeno activo absorbe NO_{x} en forma de iones NO_{3}^{-} de nitrato. De forma similar, el agente 61 de liberación de oxígeno activo produce y libera el oxígeno activo durante la reacción con el oxígeno cuando el agente 61 de liberación de oxígeno activo absorbe SO_{2} en forma de iones SO_{4}^{2-} de sulfato.

Por otra parte, el oxígeno O que se mueve hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo es el oxígeno descompuesto a partir de componentes tales como el nitrato de potasio KNO_{3} o el sulfato de potasio K_{2}SO_{4}. El oxígeno O descompuesto a partir de estos compuestos tiene una energía elevada y una actividad extremadamente alta. Por tanto, el oxígeno que se mueve hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo se convierte en oxígeno O activo. De forma similar, el oxígeno producido durante la reacción de NO_{x} o SO_{2} con oxígeno en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se convierte en oxígeno O activo. Si este oxígeno O activo entra en contacto con la partícula 62, la acción de oxidación de la partícula 62 se ve estimulada y la partícula 62 se oxida sin emitir una llama luminosa durante un corto periodo de varios segundos a varias decenas de segundos y se elimina completamente. Mientras la partícula 62 se está oxidando de este modo, otra partícula se deposita sucesivamente sobre el filtro 22 de partículas. Por tanto, en la práctica, siempre se está depositando una cierta cantidad de partículas sobre el filtro 22 de partículas. Parte de las partículas depositadas se eliminan por oxidación. De esta manera, las partículas 62 depositadas sobre el filtro 22 de partículas se queman continuamente sin emitir una llama luminosa.

Obsérvese que se considera que el NO_{x} se difunde en el agente 61 de liberación de oxígeno activo en forma de iones NO_{3}^{-} de nitrato mientras se une con y se separa repetidamente de los átomos de oxígeno. Asimismo, durante este tiempo se produce oxígeno activo. Las partículas 62 también son oxidadas por este oxígeno activo. Además, la partícula 62 depositada sobre el filtro 22 de partículas es oxidada por el oxígeno O activo, pero la partícula 62 también es oxidada por el oxígeno en el gas de escape.

Además, obsérvese que el agente 61 de liberación de oxígeno activo es un material para oxidar las partículas.

Cuando se queman las partículas depositadas en capas sobre el filtro 22 de partículas, el filtro 22 de partículas se pone al rojo vivo y arde con una llama. Esta ardedura con una llama no prosigue a no ser que la temperatura sea elevada. Por tanto, para continuar ardiendo con una llama, la temperatura del filtro 22 de partículas debe mantenerse alta.

En contraposición a esto, en la presente invención, las partículas 62 se oxidan sin emitir una llama luminosa, tal como se ha explicado más arriba. Esta vez, la superficie del filtro 22 de partículas no se pone al rojo vivo. Es decir, en otras palabras, en la presente invención, las partículas 62 se eliminan por oxidación a una temperatura considerablemente baja. Por consiguiente, la acción de eliminación de las partículas 62 por oxidación sin emisión de una llama luminosa según la presente invención es completamente diferente a la acción de eliminación de partículas por una quema acompañada de una llama.

El platino Pt y el agente 61 de liberación de oxígeno activo se vuelven más activos cuanto más alta sea la temperatura del filtro 22 de partículas, de manera que la cantidad de oxígeno O activo que puede ser liberado por el agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta cuanto mayor sea la temperatura del filtro 22 de partículas. Además, naturalmente, las partículas se eliminan con mayor facilidad por oxidación cuanto mayor sea la temperatura de las propias partículas. Por tanto, la cantidad de partículas que puede eliminarse por oxidación por unidad de tiempo sin emisión de una llama luminosa en el filtro 22 de partículas, aumenta cuanto mayor sea la temperatura del filtro 22 de partículas.

La línea continua en la figura 6 muestra la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación por unidad de tiempo sin la emisión de una llama luminosa. El eje de abscisas de la figura 6 muestra la temperatura TF del filtro 22 de partículas. Obsérvese que la figura 6 muestra la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación en caso de que la unidad de tiempo sea 1 segundo, es decir, por segundo, pero también pueden emplearse como unidad de tiempo 1 minuto, 10 minutos o cualquier otro tiempo. Por ejemplo, cuando se utilizan 10 minutos como unidad de tiempo, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación por unidad de tiempo expresa la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación por 10 minutos. Asimismo, en este caso, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación por unidad de tiempo sin emisión de una llama luminosa en el filtro 22 de partículas, tal como se muestra en la figura 6, aumenta cuanto mayor es la temperatura del filtro 22 de partículas.

Ahora bien, si la cantidad de partículas descargadas de la cámara 5 de combustión por unidad de tiempo se denomina cantidad M de partículas descargadas, cuando la cantidad M de partículas descargadas es menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación para la misma unidad de tiempo o cuando la cantidad M de partículas descargadas por 10 minutos es menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación por 10 minutos, es decir, en la región I de la figura 6, todas las partículas descargadas de la cámara 5 de combustión y que entran en contacto con el filtro 22 de partículas se eliminan sucesivamente por oxidación en un tiempo corto sin emisión de una llama luminosa en el filtro 22 de partículas.

En contraposición a esto, cuando la cantidad M de partículas descargadas es mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, es decir, en la región II de la figura 6, la cantidad de oxígeno activo no es suficiente para la oxidación sucesiva de todas las partículas. Las figuras 5A a 5C muestran el estado de oxidación de las partículas en este caso.

Es decir, cuando la cantidad de oxígeno activo no es suficiente para la oxidación sucesiva de todas la partículas, si las partículas 62 se adhieren al agente 61 de liberación de oxígeno activo, tal como se muestra en la figura 5A, sólo se oxidan algunas de las partículas 62. Las partes de las partículas que no se oxidan lo suficiente permanecen sobre la capa portadora. A continuación, si prosigue el estado de insuficiencia de la cantidad de oxígeno activo, las partes de las partículas que no se oxidan sucesivamente permanecen sobre la capa portadora. Como resultado, tal como se muestra en la figura 5B, la superficie de la capa portadora queda cubierta por las partes 63 de partícula residuales.

Esta parte 63 de partícula residual que cubre la superficie de la capa portadora cambia gradualmente a grafito difícil de oxidar y por tanto la parte 63 de partícula residual permanece sin problemas tal como está. Además, si la superficie de la capa portadora queda cubierta por la parte 63 de partícula residual, la acción de oxidación del NO y el SO_{2} por el platino Pt y la acción de liberación del oxígeno activo del agente 61 de liberación de oxígeno activo quedan reprimidas. Como resultado, tal como se muestra en la figura 5C, otras partículas 64 se depositan sucesivamente sobre la parte 63 de partícula residual. Es decir, las partículas se depositan en capas. Si las partículas se depositan en capas de esta manera, las partículas quedan distanciadas del platino Pt o del agente 61 de liberación de oxígeno activo, de manera que incluso aunque sean partículas fácilmente oxidables, no serán oxidadas por el oxígeno O activo. Por tanto, sobre la partícula 64 se depositan sucesivamente otras partículas. Es decir, si prosigue el estado de la cantidad M de partículas descargadas que es mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, se depositan en capas partículas sobre el filtro 22 de partículas y por tanto, a no ser que se incremente la temperatura del gas de escape o se incremente la temperatura del filtro 22 de partículas, ya no es posible hacer que las partículas depositadas se inflamen y ardan.

De esta manera, en la región I de la figura 6, las partículas se queman en un tiempo corto sin emitir una llama luminosa en el filtro 22 de partículas. En la región II de la figura 6, las partículas se depositan en capas sobre el filtro 22 de partículas. Por tanto, para evitar que las partículas se depositen en capas sobre el filtro 22 de partículas, la cantidad M de partículas descargadas tiene que conservarse en todo momento inferior a la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación.

Tal como se comprenderá por la figura 6, con el filtro 22 de partículas empleado en esta realización de la presente invención, las partículas pueden oxidarse incluso si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es considerablemente baja. Por tanto, en el motor de combustión interna de tipo de ignición por compresión mostrado en la figura 1, es posible mantener la cantidad M de las partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas de manera que normalmente la cantidad M de partículas descargadas se vuelva menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Por tanto, en esta realización de la presente invención, la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se mantienen de manera que normalmente la cantidad M de partículas descargadas se vuelva menor que la cantidad G de las partículas que pueden eliminarse por
oxidación.

Si la cantidad M de partículas descargadas se mantiene de esta manera para que normalmente sea menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, las partículas ya no se depositan en capas sobre el filtro 22 de partículas. Como resultado, la pérdida de presión del flujo del gas de escape en el filtro 22 de partículas se mantiene a una pérdida de presión mínima, sustancialmente constante, hasta el punto de no cambiar demasiado. Por tanto, es posible mantener a un mínimo la caída en el rendimiento del motor.

Además, la acción de eliminación de partículas por oxidación de las partículas tiene lugar incluso a una temperatura considerablemente baja. Por tanto, la temperatura del filtro 22 de partículas no sube demasiado y por consiguiente casi no existe riesgo de deterioro del filtro 22 de partículas. Además, dado que las partículas no se depositan en capas sobre el filtro 22 de partículas, no hay riesgo alguno de coagulación de cenizas y por tanto hay menor riesgo de que el filtro 22 de partículas se obstruya.

Sin embargo, esta obstrucción se produce principalmente debido al sulfato de calcio CaSO_{4}. Es decir, el gas de escape contiene calcio Ca. Este calcio Ca produce sulfato de calcio CaSO_{4} en presencia de SO_{3}. Este sulfato de calcio CaSO_{4} es un sólido, y no se descompondrá por calor incluso a una temperatura elevada. Por tanto, si se produce sulfato de calcio CaSO_{4} y los finos agujeros del filtro 22 de partículas son obstruidos por este sulfato de calcio CaSO_{4}, se produce una obstrucción.

Sin embargo, en este caso, si se emplea un metal alcalino o un metal alcalinotérreo que tenga una tendencia a ionizarse superior a la del calcio Ca, por ejemplo, el potasio K, como el agente 61 de liberación de oxígeno activo, el SO_{3} difundido en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se une con el potasio K para formar sulfato de potasio K_{2}SO_{4}. El calcio Ca pasa a través de las particiones 54 del filtro 22 de partículas y fluye fuera, al interior del conducto 51 de salida de gas de escape, sin unirse con el SO_{3}. Por tanto, ya no hay obstrucción de los agujeros finos del filtro 22 de partículas. Por consiguiente, tal como se ha descrito más arriba, es preferible usar un metal alcalino o un metal alcalinotérreo que tenga una tendencia a ionizarse superior a la del calcio Ca, es decir, potasio K, litio Li, cesio Cs, rubidio Rb, bario Ba y estroncio Sr, como agente 61 de liberación de oxígeno activo.

En una realización de la presente invención, la intención es esencialmente mantener la cantidad M de partículas descargadas menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación en todos los estados de funcionamiento. Sin embargo, en la práctica, es prácticamente imposible mantener la cantidad M de partículas descargadas menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación en todos los estados de funcionamiento. Por lo tanto, cuando se arranca el motor, la temperatura del filtro 22 de partículas es baja normalmente. Por lo tanto, en este instante, la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Por tanto, en esta realización de la presente invención, se obliga a que la cantidad M de partículas descargadas sea menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación de manera normalmente continua, salvo en casos especiales tales como justo tras el arranque del motor.

Obsérvese que si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, tal como inmediatamente tras el arranque del motor, la parte de la partícula sobre el filtro 22 de partículas que no pudo oxidarse permanece. Si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, cuando esta parte de la partícula que no pudo oxidarse de esta manera permanece, es decir, cuando se depositan partículas por debajo de un cierto límite, la parte residual de la partícula es eliminada por oxidación por el oxígeno O activo sin emisión de una llamada. Por tanto, en esta realización de la presente invención, en el momento de un estado especial de funcionamiento, tal como inmediatamente tras el arranque del motor, la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se mantienen de manera que sólo una cantidad de partículas, inferior a un cierto límite que puede eliminarse por oxidación cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, se deposita sobre el filtro 22 de partículas.

Además, algunas veces se dan casos en los que las partículas se depositan en capas sobre el filtro 22 de partículas por un motivo u otro incluso si la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se mantienen de esta manera. Incluso en este caso, si la relación aire-combustible de todo o parte del gas de escape se enriquece temporalmente, las partículas depositadas sobre el filtro 22 de partículas se oxidan sin emisión de una llama luminosa. Es decir, si la relación aire-combustible del gas de escape se enriquece, es decir, si se reduce la concentración de oxígeno en el gas de escape, se libera al exterior todo el oxígeno O activo del agente 61 de liberación de oxígeno activo a la vez. Las partículas depositadas por el oxígeno O activo liberado todo de una vez se eliminan por oxidación en un tiempo corto sin emisión de una llama luminosa.

Por otra parte, si la relación aire-combustible se mantiene pobre, la superficie del platino Pt queda recubierta de oxígeno y se produce el llamado envenenamiento por oxígeno del platino Pt. Si se produce tal envenenamiento por oxígeno, decae la acción de oxidación de los NO_{x}, de manera que baja la eficiencia en la absorción de NO_{x} y por tanto se reduce la cantidad de oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo. Sin embargo, si la relación aire-combustible se enriquece, el oxígeno sobre la superficie del platino Pt se consume, de manera que se elimina el envenenamiento por oxígeno. Por tanto, si se cambia la relación aire-combustible de rica a pobre, se fortalece la acción de oxidación de los NO_{x}, de manera que la eficiencia en la absorción de NO_{x} aumenta y por tanto la cantidad de liberación de oxígeno activo del agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta.

Por tanto, si la relación aire-combustible se cambia algunas veces de pobre a rica cuando la relación aire-combustible se mantiene pobre, se elimina cada vez el envenenamiento por oxígeno del platino Pt. Por tanto, la cantidad de liberación de oxígeno activo aumenta cuando la relación aire-combustible es pobre y por tanto puede fomentarse la acción de oxidación de las partículas sobre el filtro 22 de partículas.

Ahora bien, en la figura 6, la cantidad G de las partículas que pueden eliminarse por oxidación se muestra como una función tan sólo de la temperatura TF del filtro 22 de partículas, pero la cantidad G de las partículas que pueden eliminarse por oxidación es de hecho una función de la concentración de oxígeno en el gas de escape, la concentración de NO_{x} en el gas de escape, la concentración de hidrocarburos sin quemar en el gas de escape, el grado de facilidad de la oxidación de las partículas, la velocidad espacial del flujo del gas de escape en el filtro 22 de partículas, la presión del gas de escape, etc. Por tanto, la cantidad G de las partículas que pueden eliminarse por oxidación se calcula preferiblemente teniendo en cuenta los efectos de todos los factores anteriores, incluyendo la temperatura TF del filtro 22 de partículas.

Sin embargo, el factor que tiene el mayor efecto sobre la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación de entre estos es la temperatura TF del filtro 22 de partículas. Los factores que tienen unos efectos relativamente grandes son la concentración de oxígeno en el gas de escape y la concentración de NO_{x}. La figura 7A muestra el cambio de la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación cuando cambian la temperatura TF del filtro 22 de partículas y la concentración de oxígeno en el gas de escape. La figura 7B muestra el cambio en la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación cuando cambian la temperatura TF del filtro 22 de partículas y la concentración de NO_{x} en el gas de escape. Obsérvese que en las figuras 7A y 7B, las líneas discontinuas muestran los casos en los que la concentración de oxígeno y la concentración de NO_{x} en el gas de escape son los valores de referencia. En la figura 7A, [O_{2}]_{1} muestra el caso en el que la concentración de oxígeno en el gas de escape es mayor que el valor de referencia, mientras que [O_{2}]_{2} muestra el caso en el que la concentración de oxígeno es incluso mayor que [O_{2}]_{1}. En la figura 7B, [NO]_{1} muestra el caso en el que la concentración de NO_{x} en el gas de escape es mayor que el valor de referencia, mientras que [NO]_{2} muestra el caso en el que la concentración de NO_{x} es incluso mayor que [NO]_{1}.

Si la concentración de oxígeno en el gas de escape aumenta, la cantidad G de las partículas que pueden eliminarse por oxidación aumenta. Sin embargo, puesto que la cantidad de oxígeno absorbido en el agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta adicionalmente, el oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo también aumenta. Por tanto, tal como se muestra en la figura 7A, cuanto mayor es la concentración de oxígeno en el gas de escape, más crece la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación.

Por otra parte, el NO en el gas de escape, tal como se ha explicado anteriormente, se oxida sobre la superficie del platino Pt y se convierte en NO_{2}. Parte del NO_{2} producido así se absorbe en el agente 61 de liberación de oxígeno activo, mientras que el NO_{2} restante se disocia al exterior desde la superficie del platino Pt. En este momento, si el platino Pt entra en contacto con el NO_{2}, se fomentará una reacción de oxidación. Por tanto, tal como se muestra en la figura 7B, cuanto mayor es la concentración de NO_{x} en el gas de escape, más crecerá la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Sin embargo, la acción de fomentación de la oxidación de las partículas por el NO_{2} sólo tiene lugar mientras la temperatura del gas de escape va desde aproximadamente 250º hasta aproximadamente 450ºC, de manera que, tal como se muestra en la figura 7B, si la concentración de NO_{x} en el gas de escape crece, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación aumenta mientras la temperatura TF del filtro 22 de partículas va desde aproximadamente 250ºC a 450ºC.

Tal como se ha explicado más arriba, es preferible calcular la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación teniendo en cuenta todos los factores que tienen un efecto sobre la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Sin embargo, en esta realización de la presente invención, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación se calcula basándose únicamente en la temperatura TF del filtro 22 de partículas, que tiene el efecto más grande sobre la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación entre los factores, y en la concentración de oxígeno y la concentración de NO_{x} en el gas de escape, que tienen efectos relativamente grandes.

Es decir, en esta realización de la presente invención, tal como se muestra en las figuras 8A a 8F, las cantidades G de partículas que puede eliminarse por oxidación a varias temperaturas TF (200ºC, 250ºC, 300ºC, 350ºC, 400ºC y 450º) están almacenadas con antelación en la ROM 32 en forma de un diagrama como una función de la concentración [O_{2}]de oxígeno en el gas de escape y la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape. La cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación de acuerdo con la temperatura TF del filtro 22 de partículas, la concentración [O_{2}] de oxígeno y la concentración [NO] de NO_{x} se calculan por una distribución proporcional a partir de los diagramas mostrados en las figuras 8A a 8F.

Obsérvese que puede detectarse la concentración [O_{2}] de oxígeno y la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape utilizando un detector de la concentración de oxígeno y un detector de la concentración de NO_{x}. Sin embargo, en esta realización de la presente invención, la concentración [O_{2}] de oxígeno en el gas de escape está almacenada con antelación en la ROM 32 en forma de un diagrama, tal como se muestra en la figura 9A, como una función del par TQ motor requerido y del régimen N del motor. La concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape está almacenada con antelación en la ROM 32 en forma de un diagrama, tal como se muestra en la figura 9B, como una función del par TQ motor requerido y del régimen N del motor. La concentración [O_{2}] de oxígeno y la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape se calculan a partir de estos diagramas.

Por otra parte, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación cambia según el tipo de motor, pero una vez que se determina el tipo de motor, se convierte en una función del par TQ motor y del régimen N del motor. La figura 10A muestra la cantidad M de partículas descargadas del motor de combustión interna mostrado en la figura 1. Las curvas M_{1}, M_{2}, M_{3}, M_{4} y M_{5} muestran las cantidades de partículas descargadas equivalentes (M_{1} < M_{2} < M_{3} < M_{4} < M_{5}). En el ejemplo mostrado en la figura 10A, cuanto mayor es el par TQ motor requerido, más crece la cantidad M de partículas descargadas. Obsérvese que la cantidad M de partículas descargadas mostrada en la figura 10A está almacenada con antelación en la ROM 32 en forma de un diagrama mostrado en la figura 10B, como una función del par TQ motor requerido y del régimen N del motor.

Ahora bien, en la realización según la presente invención, tal como se ha explicado anteriormente, una capa de un portador que comprende aluminio está, por ejemplo, formada sobre las dos superficies laterales de las particiones 54 del filtro 22 de partículas y en las paredes interiores de los agujeros finos en las particiones 54. Este portador tiene un catalizador de metal precioso y un agente de liberación de oxígeno activo. Además, en esta realización de la presente invención, el portador tiene un catalizador de metal precioso y un absorbente de NO_{x}, que absorbe el NO_{x} contenido en el gas de escape cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es pobre y libera el NO_{x} absorbido cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas se convierte en la relación aire-combustible estequiométrica o rica.

En esta realización según la presente invención, se emplea platino Pt como el catalizador de metal precioso. Como absorbente de NO_{x}, se utiliza al menos uno de entre un metal alcalino, tal como el potasio K, sodio Na, litio Li, cesio Cs y rubidio Rb, un metal alcalinotérreo, tal como el bario Ba, calcio Ca y estroncio Sr y una tierra rara, tal como el lantano La y el itrio Y. Obsérvese que, tal como se entenderá mediante una comparación con el metal que comprende el anterior agente de liberación de oxígeno activo, el metal que comprende el absorbente de NO_{x} y el metal que comprende el agente de liberación de oxígeno activo coincidirán en su mayor parte.

En este caso, es posible usar metales diferentes o usar el mismo metal como absorbente de NO_{x} y agente de liberación de oxígeno activo. Cuando se utiliza el mismo metal como absorbente de NO_{x} y agente de liberación de oxígeno activo, la función como absorbente de NO_{x} y la función como agente de liberación de oxígeno activo se manifiestan simultáneamente.

A continuación, se dará una explicación de la acción de absorción y liberación de NO_{x} tomando como ejemplo el caso del uso de platino Pt como catalizador de metal precioso y el uso de potasio K como absorbente de NO_{x}.

En primer lugar, considerando la acción de absorción de NO_{x}, el NO_{x} se absorbe en el absorbente de NO_{x} por el mismo mecanismo que el mecanismo mostrado en la figura 4A. Sin embargo, en este caso, en la figura 4A, el número de referencia 61 indica el absorbente de NO_{x}.

Cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es pobre, puesto que el gas de escape contiene una gran cantidad de oxígeno en exceso, si el gas de escape fluye al interior de los conductos 50 de entrada de gas de escape del filtro 22 de partículas, tal como se muestra en la figura 4A, el oxígeno O_{2} se adhiere a la superficie del platino Pt en forma de O_{2}- o de O^{2-}. Por otra parte, el NO en el gas de escape reacciona con el O_{2}- o el O^{2-} sobre la superficie del platino Pt para convertirse en NO_{2} (2NO + O_{2} \rightarrow 2NO_{2}). A continuación, parte del NO_{2} que se produce se absorbe en el absorbente 61 de NO_{x} mientras se oxida sobre el platino Pt y se difunde en el absorbente 61 de NOx en forma de iones NO_{3}^{-} de nitrato, tal como se muestra en la figura 4A, mientras se une con el potasio K. Algunos de los iones NO_{3}^{-} de nitrato producen nitrato de potasio KNO_{3}. De esta manera, el NO se absorbe en el absorbente 61 de NO_{x}.

Por otra parte, cuando se enriquecen el gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas, los iones NO_{3}^{-} de nitrato se descomponen en oxígeno O y NO, y luego el NO es liberado sucesivamente del absorbente 61 de NO_{x}. Por tanto, cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas se enriquece, el NO se libera del absorbente 61 de NO_{x} en un tiempo corto. Además, se reduce el NO liberado por lo que no se descarga NO a la atmósfera.

Obsérvese que en este caso, incluso si la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es la relación aire-combustible estequiométrica, se libera NO del absorbente 61 de NO_{x}. Sin embargo, en este caso, puesto que el NO sólo se libera gradualmente del absorbente 61 de NO_{x}, lleva un tiempo relativamente largo que se liberen todo el NO_{x} absorbido en el absorbente 61 de NO_{x}.

Sin embargo, tal como se ha explicado anteriormente, es posible usar metales diferentes para el absorbente de NO_{x} y el agente de liberación de oxígeno activo. Sin embargo, en esta realización de la presente invención, se emplea el mismo metal para el absorbente de NO_{x} y para el agente de liberación de oxígeno activo. En este caso, tal como se ha explicado anteriormente, la función del absorbente de NO_{x} y la función del agente de liberación de oxígeno activo se realizan simultáneamente. Un agente que realice estas dos funciones simultáneamente se denominará a partir de aquí un agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}. Por tanto, en esta realización de la presente invención, el número de referencia 61 de la figura 4a muestra un agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}.

Cuando se emplea tal agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}, cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es pobre, el NO contenido en el gas de escape se absorbe en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 71 de NO_{x}. Si las partículas contenidas en el gas de escape se adhieren en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, las partículas son eliminadas por oxidación en un tiempo corto por el oxígeno activo contenido del gas de escape y por el oxígeno activo liberado del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por tanto, en este momento, es posible evitar la descarga tanto de las partículas como del NO_{x} en el gas de escape a la atmósfera.

Por otra parte, cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas se enriquece, se libera NO del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Este NO es reducido por los hidrocarburos sin quemar y por el CO y por tanto tampoco se descarga NO a la atmósfera en este momento. Además, las partículas depositadas sobre el filtro 22 de partículas son eliminadas por oxidación por el oxígeno activo liberado del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

Tal como ya se ha explicado con referencia a la figura 6, la acción de liberación de oxígeno activo agente 61 de liberación de oxígeno activo comienza desde el momento en el que la temperatura del filtro 22 de partículas es considerablemente baja. Lo mismo ocurre incluso cuando se utiliza el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. En contraposición a esto, la acción de absorción de NO_{x} en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} no comienza a no ser que la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelva superior a la temperatura de comienzo de liberación de oxígeno activo. Se cree que esto es así porque la liberación de oxígeno activo se origina si se roba oxígeno del nitrato de potasio KNO_{3}, por ejemplo, mientras que la acción de absorción de NO_{x} no comienza a no ser que se active el platino Pt.

La figura 11 muestra la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación y el índice de absorción de NO_{x} cuando se emplea potasio K como agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por la figura 11 se descubre que la acción de liberación de oxígeno activo comienza cuando la temperatura TF del filtro 22 de partículas es menor que 200ºC, mientras que la acción de absorción de NO_{x} no comienza a no ser que la temperatura TF del filtro 22 de partículas sea superior a 200ºC.

Por otra parte, la acción de liberación de oxígeno activo se vuelve más activa cuanto mayor sea la temperatura TF del filtro 22 de partículas. En contraposición a esto, la acción de absorción de NO_{x} desaparece cuando sube la temperatura TF del filtro 22 de partículas. Es decir, si la temperatura TF del filtro 22 de partículas sobrepasa una cierta temperatura, en el ejemplo mostrado en la figura 11, aproximadamente 500ºC, los iones NO_{3}^{-} de nitrato o el nitrato de potasio KNO_{3} se descomponen por calor y se libera NO del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. En este estado, la cantidad de liberación de NO se vuelve mayor que la cantidad de absorción de NO_{x} y por tanto, tal como se muestra en la figura 11, el índice de absorción de NO_{x} decae.

La figura 11 muestra el índice de absorción de NO_{x} cuando se emplea potasio K como absorbente de NO_{x} o agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. En este caso, el intervalo de temperaturas del filtro 22 de partículas en el que crece el índice de absorción de NO_{x} difiere según el metal utilizado. Por ejemplo, cuando se utiliza bario Ba como absorbente de NO_{x} o agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, el intervalo de temperaturas del filtro 22 de partículas en el que crece el índice de absorción de NO_{x} se vuelve más estrecho que en el caso del uso de potasio K mostrado en la figura 11.

Sin embargo, tal como se ha explicado más arriba, para permitir que las partículas en el gas de escape se eliminen por oxidación sin depositarse en capas sobre el filtro 22 de partículas, es necesario hacer que la cantidad M de partículas descargadas sea menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Sin embargo, si sólo se hace que la cantidad M de partículas descargadas sea más pequeña que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, la acción de absorción de NO_{x} por el absorbente de NO_{x} o el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} no se produce. Para garantizar la acción de absorción de NO_{x} por el absorbente de NO_{x} o el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}, es necesario mantener la temperatura TF del filtro 22 de partículas dentro del intervalo de temperaturas en el que se produce la acción de absorción de NO_{x}. En este caso, el intervalo de temperaturas del filtro 22 de partículas en el que tiene lugar la acción de absorción de NO_{x} tiene que hacerse un intervalo de temperaturas en el que el índice de absorción de NO_{x} se vuelva superior a un cierto valor, por ejemplo, más del 50 por ciento. Por tanto, cuando se utiliza potasio K como absorbente de NO_{x} o agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, tal como se comprenderá por la figura 11, la temperatura TF del filtro 22 de partículas debe mantenerse entre 250º a 500ºC aproximadamente.

Por tanto, en esta realización de la presente invención, para eliminar por oxidación las partículas en el gas de escape sin que se depositen en capas sobre el filtro 22 de partículas, y para absorber el NO_{x} el gas de escape, la cantidad M de partículas descargadas se mantiene continuamente menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se mantiene en el intervalo de temperaturas en el que el índice de absorción de NO_{x} del filtro 22 de partículas se vuelve superior a un cierto valor. Es decir, la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se mantienen en la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada por el sombreado en la figura 11.

Aunque la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas se mantengan de esta manera en la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}, algunas veces la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas se saldrán de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. En este caso, en esta realización de la presente invención, al menos se controla una de entre la cantidad M de partículas descargadas, la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación y la temperatura TF del filtro 22 de partículas de manera que la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas entren en la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. Esto se explicará a continuación con referencia a la figura 12.

En primer lugar, se explicará el caso en el que la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas alcanzan el punto A fuera de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada en la figura 12, es decir, la cantidad M de partículas descargadas se vuelve superior a la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelve menor que la temperatura de límite inferior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. En este caso, tal como se muestra por medio de la flecha, mediante la elevación de la temperatura TF del filtro 22 de partículas, la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se devuelven al interior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}.

A continuación, se explicará el caso en el que la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas alcanzan el punto B fuera de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada en la figura 12, es decir, en el que la cantidad M de partículas descargadas se vuelve superior a la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se encuentra dentro del intervalo de temperaturas de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. En este caso, tal como se muestra mediante la flecha, la cantidad M de partículas descargadas se reduce para devolver la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas a la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}.

A continuación, se explicará el caso en el que la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas alcanzan el punto C fuera de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada en la figura 12, es decir, en el que la cantidad M de partículas descargadas se vuelve superior a la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelve mayor que la temperatura de límite superior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. En este caso, tal como se muestra mediante la flecha, la cantidad M de partículas descargadas se reduce y la temperatura TF del filtro 22 de partículas se reduce para devolver la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas a la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}.

De esta manera, mediante la reducción de la cantidad M de partículas descargadas o la elevación o reducción de la temperatura TF del filtro 22 de partículas cuando la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas se salen de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}, la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas se devuelven al interior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x}. Obsérvese que, como otro método, también es posible devolver la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas al interior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mediante la elevación de la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Por tanto, a continuación, se dará una explicación del método de reducir la cantidad M de partículas descargadas, el método de elevar o reducir la temperatura TF del filtro 22 de partículas y el método de incrementar la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación.

A continuación, se dará una explicación del método de usar una combustión a baja temperatura para controlar la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura TF del filtro 22 de partículas.

En el motor mostrado en la figura 1, si se incrementa el índice de EGR (cantidad de gas de EGR/(cantidad de gas de EGR + cantidad de aire de admisión)), la cantidad de humo generado aumenta gradualmente y alcanza un máximo. Si el índice de EGR se incrementa adicionalmente, la cantidad de generación de humo cae entonces rápidamente. Esto se explicará con referencia a la figura 13, que muestra la relación entre el índice de EGR y el humo cuando se cambia el grado de enfriamiento del gas de EGR. Obsérvese que, en la figura 13, la curva A muestra el caso de enfriamiento forzado del gas de EGR para mantener la temperatura del gas de EGR a aproximadamente 90ºC, la curva B muestra el caso de enfriamiento del gas de EGR mediante un dispositivo refrigerador de pequeño tamaño y la curva C muestra el caso de enfriamiento no forzado del gas de EGR.

Tal como se muestra mediante la curva A de la figura 13, cuando el gas de EGR se enfría a la fuerza, la cantidad de generación de humo alcanza un máximo cuando el índice de EGR es ligeramente menor que el 50 por ciento. En este caso, si se hace que el índice de EGR sea mayor que aproximadamente el 55% por ciento, ya no se genera casi nada de humo. Por otra parte, tal como se muestra mediante la curva B de la figura 13, cuando el gas de EGR se enfría levemente, la cantidad de generación de humo alcanza un máximo cuando el índice de EGR se vuelve ligeramente mayor que el 50 por ciento. En este caso, si se hace que el índice de EGR sea mayor que aproximadamente el 65% por ciento, ya no se genera casi nada de humo. Además, tal como se muestra mediante la curva C de la figura 13, cuando el gas de EGR no se enfría a la fuerza, la cantidad de generación de humo alcanza un máximo cerca de un índice de EGR del 55 por ciento. En este caso, ya no se genera casi humo cuando el índice de EGR está por encima de aproximadamente el 70 por ciento.

El motivo por el que ya no se genera humo cuando el índice del gas de EGR se hace superior al 55% es que, debido a la acción de absorción de calor del gas de EGR, la temperatura de los gases del combustible y su entorno en el momento de la combustión no se vuelve demasiado elevada, es decir, se realiza una combustión a baja temperatura y, como resultado, los hidrocarburos no se convierten en hollín.

Esta combustión a baja temperatura tiene la característica de permitir la supresión de la generación de humo y la reducción de la cantidad de generación de NO_{x} independientemente de la relación aire-combustible. Es decir, cuando la relación aire-combustible se enriquece, el combustible se vuelve excesivo, pero puesto que la temperatura de combustión se reduce a una temperatura baja, el combustible en exceso no se convierte en hollín y por tanto no se genera humo. Además, en este instante, sólo se produce una cantidad extremadamente pequeña de NO_{x}. Por otra parte, cuando la relación aire-combustible es pobre o la relación aire-combustible es la relación aire-combustible estequiométrica, si la temperatura de combustión se vuelve elevada se produce una pequeña cantidad de hollín, pero bajo una combustión a baja temperatura, la temperatura de combustión se reduce a una temperatura baja, por lo que no se genera humo alguno y sólo se genera una cantidad extremadamente pequeña de NO_{x}.

Por otra parte, si se realiza una combustión a baja temperatura, la temperatura de los gases del combustible y su entorno decrece, pero la temperatura del gas de escape aumenta. Esto se explicará con referencia a las figuras 14A y 14B.

La línea continua de la figura 14A muestra la relación entre la temperatura Tg media del gas en la cámara 5 de combustión y el ángulo de cigüeñal cuando se realiza una combustión a baja temperatura, mientras que la línea discontinua de la figura 14A muestra la relación entre la temperatura Tg media del gas en la cámara 5 de combustión y el ángulo de cigüeñal cuando se realiza una combustión normal. Además, la línea continua de la figura 14B muestra la relación entre la temperatura de gases del combustible y su entorno cuando se realiza una combustión a baja temperatura, mientras que la línea discontinua de la figura 14B muestra la relación entre la temperatura Tf del combustión y su entorno y el ángulo de cigüeñal cuando se realiza una combustión normal.

Cuando se realiza una combustión a baja temperatura, la cantidad de gas de EGR se vuelve mayor que cuando se realiza una combustión normal. Por tanto, tal como se muestra en la figura 14A, antes del punto muerto superior de la carrera de compresión, es decir, durante la carrera de compresión, la temperatura Tg media del gas en el instante de la combustión a baja temperatura mostrada por la línea continua se vuelve superior a la temperatura Tg media del gas en el instante de la combustión normal mostrada por la línea discontinua. Obsérvese que en este momento, tal como se muestra en la figura 14B, la temperatura Tf de los gases del combustible y su entorno se vuelve aproximadamente la misma temperatura que la temperatura Tg media del gas.

A continuación, la combustión comienza cerca del punto muerto superior de la carrera de compresión. En este caso, en el instante de la combustión a baja temperatura, tal como se muestra mediante la línea continua de la figura 14B, debido a la acción de absorción de calor del gas de EGR, la temperatura Tf de los gases del combustible y su entorno no se vuelve demasiado elevada. En contraposición a esto, en el momento de la combustión normal, hay una gran cantidad de oxígeno alrededor del combustible, tal como se muestra mediante la línea discontinua de la figura 14B, la temperatura Tf de los gases del combustible y su entorno se vuelve extremadamente elevada. Cuando la combustión normal se realiza de esta manera, la temperatura Tf de los gases del combustible y su entorno se vuelve considerablemente elevada en comparación con el caso de la combustión a baja temperatura, pero la temperatura de los gases distinta a la mayoría se vuelve menor cuando se realiza la combustión normal en comparación con cuando se realiza la combustión a baja temperatura. Por tanto, tal como se muestra en la figura 14A, la temperatura Tg media del gas en la cámara 5 de combustión cerca del punto muerto superior de la carrera de compresión se vuelve superior en el instante de la combustión a baja temperatura en comparación con la combustión normal. Como resultado, tal como se muestra en la figura 14A, tras finalizar la combustión, la temperatura de los gases ya quemados en la cámara 5 de combustión aumenta en el momento de la combustión a baja temperatura en comparación con la combustión normal. Por tanto, en el instante de la combustión a baja temperatura, la temperatura del gas de escape se vuelve
elevada.

Si la combustión a baja temperatura se realiza de esta manera, la cantidad de generación de humo, es decir, la cantidad M de partículas descargadas, decrece y la temperatura del gas de escape aumenta. Por tanto, cuando se pasa de combustión normal a combustión a baja temperatura durante el funcionamiento del motor, la cantidad M de partículas descargadas puede reducirse y la temperatura TF del filtro 22 de partículas puede elevarse. En contraposición a esto, cuando se pasa de combustión a baja temperatura a combustión normal, la temperatura TF del filtro 22 de partículas decae. Sin embargo, en este instante, la cantidad M de partículas descargadas aumenta. Independientemente del caso, al pasar de la combustión normal a la combustión a baja temperatura, puede controlarse la cantidad M de partículas descargadas y la temperatura del filtro 22 de partículas.

Sin embargo, si el par TQ motor requerido del motor aumenta, es decir, si la cantidad de inyección de combustible aumenta, la temperatura de gases del combustible y su entorno en el momento de la combustión aumenta, por lo que la combustión a baja temperatura se vuelve difícil. Es decir, la combustión a baja temperatura se vuelve posible sólo en el instante de funcionamiento del motor a baja y media carga, en el que la cantidad de generación de calor por la combustión es relativamente pequeña. En la figura 15, la región I muestra la región de funcionamiento donde puede tener lugar la primera combustión, en la que existe una cantidad de gas inerte en la cámara 5 de combustión mayor que la cantidad de gas inerte donde la generación de hollín alcanza un máximo, es decir, la combustión a baja temperatura, mientras que la región II muestra la región de funcionamiento donde puede tener lugar la segunda combustión, en la que existe una cantidad de gas inerte en la cámara 5 de combustión menor que la cantidad de gas inerte donde la generación de hollín alcanza un máximo, es decir, la combustión a temperatura normal.

La figura 16 muestra la relación A/C aire-combustible fijada en el caso de combustión a baja temperatura en la región I de funcionamiento, mientras que la figura 17 muestra el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa, el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR, el índice de EGR, la relación aire-combustible, la regulación \thetaI inicial de la inyección, la regulación \thetaF final de la inyección y la cantidad de inyección de acuerdo con el par TQ motor requerido en el instante de la combustión a baja temperatura en la región I de funcionamiento. Obsérvese que la figura 17 también muestra el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa en el momento de la combustión normal que se realiza en la región II de funcionamiento.

Por la figura 16 y la figura 17, se comprende que cuando la combustión a baja temperatura se realiza en la región I, el índice de EGR se vuelve superior al 55 por ciento y la relación A/F aire-combustible se vuelve una relación aire-combustible pobre de 15,5 a aproximadamente 18. Obsérvese que, tal como se ha explicado más arriba, cuando se realiza la combustión a baja temperatura en la región I de funcionamiento, aunque la relación aire-combustible se vuelva rica, casi no se produce humo.

A continuación, se dará una explicación del método para incrementar la concentración de oxígeno en el gas de escape para aumentar la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Si la concentración de oxígeno en el gas de escape aumenta, la cantidad de oxígeno absorbido en el agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta, por lo que aumenta la cantidad de oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo y por tanto aumenta la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación.

Como método para ejecutar este método, puede mencionarse el método de control del índice de EGR. Es decir, cuando hay que incrementar la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, se reduce el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR de manera que se reduzca el índice de EGR. La reducción del índice de EGR significa que aumenta la relación entre la cantidad de aire de admisión en el aire de admisión. Por tanto, si se reduce el índice de EGR, la concentración de oxígeno en el gas de escape aumenta. Como resultado, la cantidad M de partículas descargadas aumenta. Además, si el índice de EGR se reduce, tal como se ha mencionado más arriba, la cantidad M de partículas descargadas decrece. Por tanto, si el índice de EGR se reduce, la cantidad M de partículas descargadas se vuelve rápidamente más pequeña que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación.

Ahora bien, tal como se ha explicado más arriba, cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre, el NO_{x} en el gas de escape se absorbe en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Sin embargo, hay límites a la capacidad de absorción de NO_{x} del absorbente 61 de NO_{x}. Es necesario provocar la liberación de NO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} antes de que la capacidad de absorción de NO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} se sature. Por tanto, es necesario calcular la cantidad de NO_{x} absorbido en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por tanto, en esta realización de la presente invención, la cantidad A de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo está fijada con antelación en forma de un diagrama mostrado en la figura 18 como una función del par TQ motor requerido y del régimen N del motor. Mediante la adición acumulativa de la cantidad A de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo, puede calcularse la cantidad
\Sigma NOX de NO_{x} absorbido en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

Además, en esta realización de la presente invención, cuando la cantidad \Sigma NOX de absorción de NO_{x} sobrepasa un valor MAXN máximo admisible predeterminado, la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} se vuelve temporalmente rica. Debido a esto, se obliga a que se libere NO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

Sin embargo, el gas de escape contiene SO_{x}. El agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} absorbe no sólo el NO_{x} sino también el SO_{x}. El mecanismo de absorción de SO_{x} en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} es igual al mecanismo de absorción del NO_{x}.

Es decir, explicar esto tomando como ejemplo el caso de que el portador tenga platino Pt y potasio K de la misma manera que la explicada con respecto al mecanismo de absorción de NO_{x}, tal como se ha explicado más arriba, el oxígeno O_{2} se adhiere a la superficie del platino Pt en forma de O_{2}^{-} o de O^{2-} cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre. El SO_{2} en el gas de escape reacciona con el O_{2}^{-}o el O^{2-} sobre la superficie del platino Pt para convertirse en SO_{3}. A continuación, parte del SO_{3}que se produce se absorbe en el agente 61 de liberación de oxígeno activo mientras se oxida sobre el platino Pt y se difunde en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} en forma de iones SO_{4}^{2-} de sulfato mientras se unen con el potasio K para producir sulfato de potasio K_{2}SO_{4}.

Este sulfato, K_{2}SO_{4}, es estable y difícil de descomponer. Tal como se ha explicado más arriba, aunque se enriquezca la relación aire-combustible del gas de escape para liberar el NO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, el sulfato K_{2}SO_{4} permanece como está sin descomponerse. Por tanto, con el tiempo aumenta el sulfato K_{2}SO_{4} en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por consiguiente, con el tiempo disminuye la cantidad de NO_{x} que puede absorber el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

El sulfato K_{2}SO_{4} se descompone cuando la temperatura del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} sobrepasa una cierta temperatura determinada por el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, por ejemplo, 600ºC aproximadamente. En este momento, si la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} se enriquece, se liberan SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Sin embargo, la liberación de SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} lleva un tiempo considerablemente largo en comparación con la liberación de NO_{x} del agente 61 de liberación de oxígeno activo.

Por tanto, en esta realización de la presente invención, cuando ha de liberarse SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}, la temperatura del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} se eleva hasta aproximadamente 600ºC mientras se mantiene el estado en el que la relación aire-combustible es pobre y la cantidad M de partículas descargadas es menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación, entonces se obliga a la liberación de SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} mientras se cambia alternativamente la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} entre rica y pobre.

Además, cuando se eleva la temperatura TF del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} hasta aproximadamente 600ºC, se mantiene el estado en el que la relación aire-combustible es pobre y la cantidad M de partículas descargadas es menor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Por tanto, en este instante, aunque las partículas se depositen sobre el filtro 22 de partículas, las partículas depositadas se eliminan por oxidación mientras se eleva la temperatura TF del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} hasta aproximadamente 600ºC.

Por otra parte, existen varios métodos para enriquecer la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} a fin de liberar el NO_{x} o SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por ejemplo, cuando se realiza una combustión a baja temperatura, al enriquecer la relación aire-combustible en la cámara 5 de combustión durante la combustión a baja temperatura, es posible enriquecer la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

Además, tal como se ha explicado más arriba, cuando se enriquece la relación aire-combustible del gas de escape, se libera a la vez todo el oxígeno activo del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Debido a esto, las partículas depositadas sobre el filtro 22 de partículas se oxidan rápidamente. Sin embargo, incluso tras esto, si continúa enriqueciéndose la relación aire-combustible del gas de escape, no se almacena oxígeno en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Además, casi no hay oxígeno presente en el gas de escape. Por tanto, las partículas se depositan en capas sobre el filtro 22 de partículas si oxidarse.

Por tanto, en esta realización de la presente invención, cuando se libera el SO_{x}, lo cual requiere el enriquecimiento de la relación aire-combustible durante un periodo largo, la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} se cambia alternativamente entre rica y pobre, tal como se ha explicado más arriba. Al hacer esto, cuando la relación aire-combustible del gas de escape se empobrece, las partículas sobre el filtro 22 de partículas son eliminadas por oxidación por el oxígeno activo en el gas de escape o por el oxígeno activo liberado del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Por tanto, es posible evitar que las partículas se depositen en capas sobre el filtro 22 de partículas.

A continuación, se dará una explicación, con referencia a la figura 26, de la rutina de procesamiento del indicador de liberación de NO_{x} fijado cuando ha de liberarse el NO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} y del indicador de liberación de SO_{x} fijado cuando ha de liberarse el SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. Obsérvese que esta rutina se ejecuta por interrupción cada cierto intervalo de tiempo.

Con referencia a la figura 19, en primer lugar, en la etapa 100, se calcula la cantidad A de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo a partir del diagrama mostrado en la figura 18. A continuación, en la etapa 101, se suma A a la cantidad \Sigma NOX de absorción de NO_{x}. A continuación, en la etapa 102, se decide si la cantidad \Sigma NOX de absorción de NO_{x} ha sobrepasado el valor MAXN máximo admisible. Cuando \Sigma NOX > MAXN, la rutina pasa a la etapa 103, en la que se fija el indicador de liberación de NO_{x} que muestra que el NO_{x} ha de liberarse. A continuación, la rutina pasa a la etapa 104.

En la etapa 104, el producto k Q de la constante k multiplicada por la cantidad Q de inyección se suma a \Sigma SOX. El combustible contiene una cierta cantidad de azufre S. Por tanto, la cantidad de SO_{x} absorbido en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x} puede expresarse mediante k Q. Por tanto, la cantidad \Sigma SOX obtenida mediante la adición sucesiva de k Q expresa la cantidad de SO_{x} que se ha estimado se absorbe en el agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}. En la etapa 105, se decide si la cantidad \Sigma SOX de SO_{x} está por encima del máximo MAXS admisible. Cuando \Sigma SOX > MAXS, la rutina pasa a la etapa 106, en la que se fija el indicador de liberación de SO_{x}.

A continuación, con referencia a la figura 27 y a la figura 28, se dará una explicación del control del funcionamiento.

Con referencia a la figura 20 y la figura 21, en primer lugar, en la etapa 200 se decide si está fijado el indicador de liberación de SO_{x}. Cuando el indicador de liberación de SO_{x} no está fijado, la rutina pasa a la etapa 201, en la que se decide si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es menor que la temperatura T_{min} de límite inferior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada mediante el sombreado en la figura 11, por ejemplo, 250ºC. Cuando TF < T_{min}, la rutina pasa a la etapa 202, en la que se ejecuta uno de los métodos para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas. A continuación, la rutina procede a la etapa 207.

Por otra parte, cuando se decide en la etapa 201 que TF \geq T_{min}, la rutina pasa a la etapa 203, en la que se decide si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es mayor que la temperatura T_{max} de límite superior de la región simultánea de tratamiento de partículas y de NO_{x} mostrada mediante sombreado en la figura 11, por ejemplo, 500ºC. Cuando TF > T_{max}, la rutina pasa a la etapa 204, en la que se ejecuta uno de los métodos para reducir la temperatura TF del filtro 22 de partículas. A continuación, la rutina pasa a la etapa 207.

Por otra parte, cuando se decide en la etapa 203 que TF \leq T_{max}, la rutina pasa a la etapa 205, en la que se decide si la cantidad M de partículas descargadas es mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Cuando M > G, la rutina pasa a la etapa 206, en la que se ejecuta uno de los métodos para reducir la cantidad M de partículas descargadas o uno de los métodos para aumentar la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. A continuación, la rutina pasa a la etapa 207.

Por otra parte, cuando se decide en la etapa 205 que M \leq G, la rutina pasa a la etapa 207. En la etapa 207, se decide si se ha fijado el indicador de NO_{x}. Cuando se ha fijado el indicador de liberación de NO_{x}, la rutina pasa a la etapa 208, en la que se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa, luego en la etapa 209, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR. A continuación, en la etapa 210, se controla la inyección de combustible.

En contraposición a esto, cuando se estima en la etapa 207 que se ha fijado el indicador de liberación de NO_{x}, la rutina pasa a la etapa 211, en la que se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa. A continuación, en la etapa 212, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR. A continuación, en la etapa 213, se ejecuta uno de los métodos para enriquecer temporalmente la relación aire-combustible del gas de escape a fin de liberar el NO_{x} y se reposiciona el indicador de liberación de NO_{x}.

Por otra parte, cuando se decide en la etapa 200 que se ha fijado el indicador de liberación de SO_{x}, la rutina pasa a la etapa 214, en la que se decide si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es mayor que la temperatura a la que puede liberarse el SO_{x}, por ejemplo, 600ºC. Cuando TF \leq 600ºC, la rutina pasa a la etapa 215, se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa, luego en la etapa 216, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR.

A continuación, en la etapa 217, se decide si la cantidad M de partículas descargadas es mayor que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. Cuando M > G, la rutina pasa a la etapa 218, en la que se ejecuta uno de los métodos para reducir la cantidad M de partículas descargadas o uno de los métodos para aumentar la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación. A continuación, en la etapa 219, se ejecuta uno de los métodos para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas a 600ºC aproximadamente.

Por otra parte, cuando se decide en la etapa 214 que TF > 600ºC, la rutina pasa a la etapa 220, en la que se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa, y luego, en la etapa 221, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR. A continuación, en la etapa 222, mediante el cambio alternativo de la relación aire-combustible del gas de escape entre rica y pobre, se controla la liberación de SO_{x} para liberar el SO_{x} del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente 61 de NO_{x}.

A continuación, en la etapa 223, la cantidad \DeltaSO_{x} de liberación de SO_{x} se resta de la cantidad \Sigma SOX de SO_{x}. Puede hacerse que esta cantidad \DeltaSO_{x} de liberación de SO_{x} adopte un cierto valor o puede cambiarse de acuerdo con el estado de funcionamiento del motor. A continuación, en la etapa 224, se decide si la cantidad \Sigma SOX de SO_{x} se ha vuelto negativa. Cuando \Sigma SOX < 0, la rutina pasa a la etapa 225, en la que se reposicionan el indicador de liberación de NO_{x} y el indicador de liberación de SO_{x}.

Sin embargo, en general, en un motor de combustión interna, en el instante de funcionamiento a baja carga del motor, la temperatura del gas de escape es baja. Por tanto, algunas veces es difícil hacer que la cantidad G de partículas que puede eliminarse por oxidación sea mayor que la cantidad M de partículas descargadas. Sin embargo, si se realiza una combustión a baja temperatura tal como se ha explicado más arriba, la cantidad M de partículas descargadas es extremadamente pequeña. Además, puesto que la temperatura del gas de escape es elevada, la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelve elevada. Por tanto, incluso durante el funcionamiento a baja carga del motor, es posible aumentar fácilmente la cantidad M de partículas descargadas desde la cantidad M de partículas descargadas. Por tanto, puede decirse que la combustión a baja temperatura es extremadamente adecuada para el aparato de purificación de gas de escape de la presente invención.

Sin embargo, tal como se ha explicado más arriba, esta combustión a baja temperatura sólo se realiza en la región I de funcionamiento de lado inferior mostrada en la figura 15 y no se realiza en la región II de funcionamiento del lado superior. Por tanto, aunque se esté realizando una combustión a baja temperatura, la combustión a baja temperatura sólo se realiza cuando el estado de funcionamiento del motor esté en la región I de funcionamiento de la figura 15. Cuando el estado de funcionamiento del motor sobrepasa el límite X(N) y pasa a la región II de funcionamiento, se cambia de combustión a baja temperatura a combustión normal. Es decir, la combustión a baja temperatura se realiza en la región I de funcionamiento, mientras que la combustión normal se realiza en la región II de funcionamiento.

Con referencia a las figuras 22 a 25, se dará una explicación de un mecanismo de derivación de esta realización. El tubo 20a de escape está conectado a un tubo 80 de cambio del flujo de escape. El tubo 80 de cambio del flujo de escape tiene tres aberturas. Estas aberturas están conectadas a un primer tubo 81a de derivación de escape, a un segundo tubo 81b de derivación de escape y a un tubo 82 de escape, respectivamente.

Es decir, en el tubo 80 de cambio del flujo de escape, los primer y segundo tubos 81a, 81b de derivación de escape del par se ramifican del tubo 20a de escape. El primer tubo 81a de derivación de escape está conectado a un extremo del filtro 22 de partículas. Por otra parte, el segundo tubo 81b de derivación de escape está conectado al otro extremo del filtro 22 de partículas. Es decir, los primer y segundo tubos 81a, 81b de derivación de escape están conectados entre sí para formar un conducto de escape con forma de bucle.

El filtro 22 de partículas está dispuesto en el conducto de escape con forma de bucle. Más abajo, por conveniencia para la explicación, el extremo del filtro 22 de partículas conectado al primer tubo 81a de derivación de escape se denomina primer extremo y el extremo del filtro 22 de partículas conectado al segundo tubo 81b de derivación de escape se denomina segundo extremo.

Una válvula 80a de conmutación está dispuesta en el tubo 80 de cambio del flujo de escape. Cambiando la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación, se cambia la manera de entrada del gas de escape entre la manera de entrada del gas de escape en el primer extremo del filtro 22 de partículas a través del primer tubo 81a de derivación de escape, la manera de entrada del gas de escape en el segundo extremo del filtro 22 de partículas a través del segundo tubo 81b de derivación de escape y la manera de entrada del gas de escape directamente en el tubo 82 de escape sin pasar por el filtro 22 de partículas.

Cuando la válvula 80a de conmutación se coloca en una primera posición de rotación, tal como se muestra en la figura 22, el gas de escape aguas arriba del tubo 80 de cambio del flujo de escape fluye al interior del filtro 22 de partículas por el primer extremo del mismo a través del primer tubo 81a de derivación de escape, tal como se muestra mediante una flecha en la figura 22. El gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas por el primer extremo del mismo fluye fuera del filtro 22 de partículas por el segundo extremo del mismo hasta el tubo 82 de escape aguas abajo del tubo 80 de cambio del flujo de escape, a través del segundo tubo 81b de derivación de escape.

Además, cuando la válvula 80a de conmutación se coloca en una segunda posición de rotación, tal como se muestra en la figura 24, el gas de escape aguas arriba del tubo 80 de cambio del flujo de escape fluye al interior del filtro 22 de partículas por el segundo extremo del mismo a través del segundo tubo 81b de derivación de escape. El gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas por el segundo extremo del mismo fluye fuera del filtro 22 de partículas por el primer extremo del mismo hasta el tubo 82 de escape aguas abajo del tubo 80 de cambio del flujo de escape, a través del primer tubo 81a de derivación de escape.

En esta realización, tal como se explica con detalle más abajo, la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se cambia alternativamente entre las primera y segunda posiciones de rotación cada vez que ha transcurrido un periodo predeterminado, para cambiar el sentido de la entrada del gas de escape en el filtro 22 de partículas. Por tanto, las partículas fluyen al interior del filtro 22 de partículas o de las particiones 54 del mismo de manera que las partículas se eliminen por oxidación.

Cuando la válvula 80a de conmutación se coloca en una posición neutral exactamente intermedia entre las primera y segunda posiciones de rotación, tal como se muestra en la figura 25, el gas de escape aguas arriba del tubo 80 de cambio del flujo de escape fluye directamente al interior del tubo 80 de escape aguas abajo del tubo 80 de cambio del flujo de escape sin pasar por el filtro 22 de partículas, tal como se muestra mediante una flecha en la figura 25.

En la posición neutral, la presión del gas de escape en el primer extremo del filtro 22 de partículas es normalmente igual a la del segundo extremo del filtro 22 de partículas, por lo que la mayor parte del gas de escape no fluye al interior del filtro 22 de partículas. Por tanto, se obliga a que el gas de escape evite el filtro 22 de partículas, de manera que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas normalmente se vuelve cero.

Aunque se eliminen las partículas por oxidación en el filtro 22 de partículas empleando un método de purificación de gas de escape como el explicado más arriba, algunas veces las partículas se depositan sobre la superficie del filtro 22 de partículas. Si las partículas depositadas sobre la superficie del filtro 22 de partículas permanecen como están, las partículas depositadas cubrirán la superficie del filtro 22 de partículas y por tanto puede que el gas de escape no pase a través del filtro 22 de partículas.

Por tanto, en esta realización, cuando la cantidad de partículas depositadas sobre la superficie del filtro 22 de partículas se vuelve más grande que una cantidad predeterminada, las partículas depositadas se oxidan por la fuerza o se queman gradualmente para eliminar las partículas del filtro 22 de partículas. Es posible oxidar o quemar gradualmente las partículas depositadas elevando la temperatura del filtro 22 de partículas hasta una cierta temperatura (por ejemplo, una temperatura en la que se oxiden las partículas).

Por ejemplo, es posible elevar la temperatura del filtro 22 de partículas suministrando oxígeno e hidrocarburos al filtro 22 de partículas y luego quemando el oxígeno y los hidrocarburos en el filtro 22 de partículas.

Además, cuando el motor realiza la combustión a baja temperatura, del motor se descarga gas de escape que tiene una temperatura elevada, por lo que también posible elevar la temperatura del filtro 22 de partículas realizando una combustión a baja temperatura.

En esta realización, cuando la cantidad de las partículas depositadas se vuelve relativamente grande, se realiza un proceso de elevación de la temperatura para elevar la temperatura del filtro 22 de partículas hasta una cierta temperatura, tal como la temperatura de oxidación de las partículas, a fin de oxidar por la fuerza o quemar gradualmente las partículas depositadas.

Sin embargo, durante el proceso de elevación de la temperatura, posiblemente las partículas depositadas pueden arder todas a la vez. Además, sin realizar el proceso de elevación de la temperatura, cuando la temperatura del filtro 22 de partículas sobrepasa una temperatura en la que las partículas se inflaman y arden todas a la vez emitiendo una llama luminosa, las partículas depositadas pueden arder todas a la vez. En este caso, la temperatura del filtro 22 de partículas aumenta rápidamente.

Por tanto, puede que una parte del filtro 22 de partículas sea derretida y dañada térmicamente por el calor de la ardedura de las partículas. De otro modo, el agente de liberación de oxígeno activo que tiene el filtro 22 de partículas posiblemente puede verse deteriorado por el calor de la ardedura de las partículas. Para evitar el derretimiento del filtro 22 de partículas o el deterioro del agente de liberación de oxígeno activo, es preferible evitar que las partículas depositadas ardan.

Sin embargo, si las partículas depositadas no arden, gradualmente la cantidad de partículas depositadas se vuelve grande, de manera que la acción de oxidación de las partículas en el filtro 22 de partículas se reprime. Por consiguiente, el filtro de partículas no puede eliminar las partículas por oxidación. Además, si los agujeros finos de las particiones 54 del filtro 22 de partículas se ven obstruidos por las partículas depositadas, el gas de escape no puede pasar a través del filtro 22 de partículas.

En esta realización, se considera si el filtro 22 de partículas se verá deteriorado térmicamente. Cuando se estima que el filtro 22 de partículas será deteriorado térmicamente, la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se fija en la posición neutral de manera que se obligue al gas de escape a evitar el filtro 22 de partículas. De esta manera, no se introduce oxígeno en el filtro 22 de partículas, por lo que las partículas depositadas no arden.

Por otra parte, cuando se estima que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente, la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se fija en la primera o la segunda posición para que el gas de escape fluya al interior del filtro 22 de partículas. De esta manera, se introduce oxígeno en el filtro 22 de partículas, por lo que las partículas depositadas se oxidan a la fuerza o arden gradualmente.

Se dará una explicación de un método para estimar si el filtro de partículas se verá deteriorado térmicamente según esta realización. Por lo común, cuanto mayor sea la cantidad de partículas depositadas, mayor será la cantidad de calor producido por la ardedura de todas las partículas depositadas a la vez. Por tanto, cuando la cantidad de partículas depositadas es grande, la posibilidad de que el filtro 22 de partículas se vea deteriorado térmicamente es elevada. Es decir, es posible estimar si el filtro 22 de partículas se verá deteriorado térmicamente sobre la base de la cantidad de partículas depositadas.

Se ha considerado que la cantidad de las partículas depositadas puede estimarse sobre la base de la diferencia (pérdida de presión) en las presiones del gas de escape aguas arriba y aguas abajo del filtro 22 de partículas. Según investigaciones recientes, se ha descubierto que, aunque la pérdida de presión sea pequeña, la cantidad de partículas depositadas es a veces grande.

Esto es así porque las partículas PM se depositan sobre las particiones 54 tal como se muestra en la figura 26, por lo que las partículas depositadas no cierran las entradas de los agujeros finos de las particiones 54. Se considera que hay dos cosas, es decir, la gran cantidad de calor producido por las partículas depositadas cuando arden y la pequeña cantidad de calor irradiado por el filtro 22 de partículas, que provocan el deterioro térmico del filtro 22 de
partículas.

Cuanto mayor sea la cantidad de oxígeno que fluye al interior del filtro 22 de partículas, mayor será la cantidad de calor producido por la quema de las partículas depositadas. Además, cuanto menor sea la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas, menor será la cantidad de calor irradiado por el filtro 22 de
partículas.

En esta realización, cuando la cantidad de oxígeno que fluye en el filtro 22 de partículas es grande o cuando la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es pequeña bajo la condición de que la temperatura del filtro 22 de partículas sea mayor que la temperatura de inflamación de las partículas, se estima que el filtro 22 de partículas se verá deteriorado térmicamente.

Por otra parte, cuando la cantidad de oxígeno que fluye al interior del filtro 22 de partículas es pequeña o cuando la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es grande, incluso bajo la condición de que la temperatura del filtro 22 de partículas sea mayor que la temperatura de inflamación de las partículas, se estima que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente.

De esta manera, si se considera la posibilidad del deterioro térmico del filtro 22 de partículas, las partículas depositadas pueden eliminarse del filtro 22 de partículas sin deteriorar térmicamente el filtro 22 de partículas.

Con referencia a las figuras 27 a 29, se dará una explicación en detalle de un proceso para controlar la válvula de conmutación, que incluye los procesos explicados más arriba para evitar el deterioro térmico del filtro de partículas y oxidar las partículas depositadas.

La posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se controla para cambiar de la primera posición de rotación a la segunda posición de rotación, o de la segunda posición de rotación a la primera posición de rotación, según un diagrama de flujo de la figura 27.

En primer lugar, en la etapa 250, se estima si es el momento de cambiar la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación. El momento es, por ejemplo, cada vez que haya transcurrido un periodo constante o un momento en el que la cantidad total de las partículas que fluyen al interior del filtro 22 de partículas alcanza una cierta cantidad constante o incluso un momento en el que se frene el motor.

En la etapa 250, cuando se estima que es el momento de cambiar la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación, la rutina pasa a la etapa 251, en la que se cambia la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación.

Por otra parte, en la etapa 250, cuando se estima que no es el momento de cambiar la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación, la rutina pasa a la etapa 252 sin cambiar la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación.

En la etapa 252, se estima si la cantidad Cep de las partículas que fluyen al interior del filtro 22 de partículas (en lo sucesivo, denominada cantidad entrante de partículas) sobrepasa una cantidad CepTH predeterminada (Cep > CepTH). La cantidad entrante de partículas se calcula empleando una integración de las cantidades de partículas emitidas o una pérdida de presión producida por el filtro 22 de partículas, si existiese una pérdida de presión entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del filtro 22 de partículas, o una diferencia entre la cantidad de partículas que puede eliminarse por oxidación y la cantidad de partículas emitidas o una salida de un detector dispuesto aguas abajo del filtro 22 de partículas para detectar la concentración de partículas.

En la etapa 252, cuando se estima que Cep > CepTH, la rutina pasa a la etapa 253, en la que se realiza un proceso de elevación de la temperatura para elevar la temperatura del filtro 22 de partículas hasta la temperatura de oxidación de las partículas a fin de oxidar las partículas depositadas.

Por otra parte, en la etapa 252, cuando se estima que Cep \leq CepTH, la rutina pasa a la etapa 254 sin realizar el proceso de elevación de la temperatura.

En la etapa 254, se realiza el proceso para evitar el deterioro térmico según un diagrama de flujo de la figura 28.

Con referencia a la figura 28, se dará una explicación del proceso para evitar el deterioro térmico. En primer lugar, en la etapa 300, si se determina que la temperatura TF del filtro 22 de partículas es mayor que una temperatura TFTH (TF > TFTH) predeterminada (por ejemplo, la temperatura de inflamación de las partículas).

En la etapa 300, si es estima que TF \leq TFTH, se considera que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente. A continuación, se pone fin a la rutina.

Por otra parte, en la etapa 300, cuando se determina que TF > TFTH, la rutina pasa a la etapa 301, en la que se determina si el actual funcionamiento A del motor está dentro de la región P (A = P) basándose en unos diagramas de las figuras 29A y 29B. En los diagramas de las figuras 29A y 29B, la región P es una región peligrosa en la que el filtro 22 de partículas será deteriorado térmicamente y la región S es una región segura en la que el filtro 22 de partículas no será deteriorado térmicamente.

La figura 29A muestra un diagrama empleado cuando se hace funcionar el motor con una relación aire-combustible pobre. Según el diagrama de la figura 29A, cuanto menor sea la cantidad de aire de admisión, menor será la cantidad del gas de escape que pasa a través del filtro 22 de partículas. Por tanto, cuando la cantidad de calor irradiado por el filtro 22 de partículas es pequeña, la posibilidad de que el funcionamiento A del motor esté dentro de la región P peligrosa es elevada.

Además, cuanto mayor es la concentración Co de oxígeno en el gas de escape, mayor es la cantidad de oxígeno que fluye al interior del filtro 22 de partículas. Por tanto, cuando la concentración Co de oxígeno en el gas de escape es grande, la posibilidad de que el funcionamiento A del motor esté dentro de la región P peligrosa es ele-
vada.

Una línea Lps para separar la región P peligrosa de la región S segura se mueve hacia la región S segura cuando la concentración Chc de hidrocarburos (HC) en el gas de escape se vuelve elevada. Es decir, la posibilidad de que se produzca el deterioro térmico se vuelve elevada cuando la concentración Chc de HC en el gas de escape se vuelve elevada.

Por otra parte, la figura 29 muestra un diagrama empleado cuando se hace funcionar el motor con una relación aire-combustible pobre próxima a la relación aire-combustible estequiométrica, o en general con la relación aire-combustible estequiométrica, o con una relación aire-combustible rica.

Según el diagrama de la figura 29B, cuanto menor es la cantidad de aire de admisión, mayor es la posibilidad de que el funcionamiento A del motor esté dentro de la región P peligrosa.

Además, cuanto mayor sea la concentración Co de oxígeno en el gas de escape, mayor será la posibilidad de que el funcionamiento A del motor esté dentro de la región P peligrosa.

Una línea Lps para separar la región P peligrosa de la región S segura se mueve hacia la región P peligrosa cuando la concentración Chc de hidrocarburos (HC) en el gas de escape se vuelve elevada. Es decir, la posibilidad de que se produzca el deterioro térmico se vuelve elevada cuando la concentración Chc de HC en el gas de escape se vuelve reducida.

La razón por la que la tendencia del cambio de la posibilidad del deterioro térmico en función del cambio de la concentración de HC en el gas de escape depende de la relación aire-combustible es la siguiente.

Cuando se hace funcionar el motor con la relación aire-combustible pobre, la concentración de oxígeno en el gas de escape es elevada. Por tanto, aunque la concentración de HC en el gas de escape se vuelva elevada y el oxígeno en el gas de escape reaccione por tanto con los HC y se consuma, la cantidad de oxígeno que queda el gas de escape es suficiente como para quemar las partículas depositadas en el filtro 22 de partículas durante un corto tiempo.

Además, si la concentración de HC del gas de escape se vuelve elevada, la cantidad de HC que reacciona con el oxígeno se vuelve elevada. Por tanto, la temperatura del filtro 22 de partículas se ve elevada en gran medida por la reacción de los HC con el oxígeno, por lo que la posibilidad de deterioro térmico se vuelve elevada.

Por otra parte, cuando se hace funcionar el motor con la relación aire-combustible pobre próxima a la relación aire-combustible estequiométrica, o con la relación aire-combustible, o con la relación aire-combustible rica, la cantidad de oxígeno del gas de escape es originalmente pequeña. Por tanto, cuando la concentración de HC el gas de escape se vuelve elevada y el HC el gas de escape reacciona por tanto con el oxígeno, la cantidad de oxígeno que queda en el gas de escape es insuficiente para quemar todas las partículas depositadas de una vez, por lo que la posibilidad de deterioro térmico se vuelve pequeña en contraposición al caso en el que se hace funcionar el motor con la relación aire-combustible pobre.

En la etapa 301, cuando se estima que A = P, se considera que el filtro 22 de partículas se verá deteriorado térmicamente, la rutina pasa a la etapa 302, en la que se realiza un control de la válvula de conmutación para hacer que la posición de rotación de la válvula de conmutación sea la posición neutral, y luego la rutina pasa a la etapa
303.

En la etapa 303, se estima si el funcionamiento A del motor está dentro de la región S segura (A = S). En la etapa 303, cuando se estima que A = S, la rutina pasa a la etapa 304. Por otra parte, en la etapa 303, cuando se estima que A \neq S, es decir, que A = P, la etapa 303 continúa realizándose hasta que se estime en la etapa 303 que A = S. Por tanto, tras la colocación en la etapa 302 de la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación en la posición neutral, la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se fija en la posición neutral hasta que se estime en la etapa 303 que A = S.

En la etapa 301, si se estima que A \neq P, es decir, que A = S, se considera que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente, y luego la rutina pasa a la etapa 304.

Cuando se estima en la etapa 303 que A = S, puede considerarse que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente aunque se ponga fin a la rutina para realizar el control de la válvula de conmutación mostrado en la figura 27, y por tanto el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente. Sin embargo, en este diagrama de flujo, se añaden unas etapas tras la etapa 304 para evitar con seguridad el deterioro térmico del filtro 22 de partículas.

Es decir, la temperatura TF del filtro 22 de partículas es incluso mayor que la temperatura TFTH predeterminada incluso cuando se estima en la etapa 303 que el funcionamiento A del motor está dentro de la región S segura. Además, la temperatura TF del filtro 22 de partículas puede ser alta localmente incluso cuando la temperatura TF del filtro 22 de partículas sea menor que la temperatura TFTH predeterminada.

Bajo estas condiciones, si se pone fin a la rutina de la figura 28 y se cambia la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación entre las primera y segunda posiciones de rotación, el sentido de entrada del gas de escape se invierte repetidamente cambiando la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación, por lo que el calor se concentra en la parte central del filtro 22 de partículas, y entonces las partículas depositadas pueden arder todas a la vez.

En esta realización, para evitar la quema de todas las partículas depositadas a la vez, se evalúa un grado de seguridad, que indica la posibilidad de que el filtro 22 de partículas no se vea deteriorado térmicamente, basándose en la temperatura y la cantidad del gas de escape y en las cantidades del oxígeno y del HC que fluyen al interior del filtro 22 de partículas y, entonces, sólo cuando el grado de seguridad se vuelva elevado se pondrá fin a la rutina de la figura 28, y la rutina retorna a la de la figura 27.

Con esta finalidad, en la etapa 303, cuando se estima que A = S y por tanto que el filtro 22 de partículas no se verá deteriorado térmicamente, la rutina pasa a la etapa 304, en la que la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación se coloca en la primera o la segunda posición de rotación, y luego la rutina pasa a la etapa 305.

En la etapa 305, se estima si la cuenta CS de seguridad, que se calcula en función de un diagrama de flujo de la figura 30, es mayor que un valor CSTH predeterminado (CS > CSTH).

Según el diagrama de flujo de la figura 30, en primer lugar, en la etapa 400, se estima si la temperatura Tes del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es menor que una temperatura TesTH predeterminada (Tes < TesTH).

En la etapa 400, cuando se estima que Tes < TesTH, la rutina pasa a la etapa 401, en la que se cuenta la cuenta CS de seguridad, y luego pasa a la etapa 402. Por otra parte, en la etapa 400, cuando se estima que Tes \geq TesTH, la rutina pasa directamente a la etapa 402.

En la etapa 402, se estima si la cantidad Ges del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es mayor que una cantidad Ges predeterminada (Ges > GesTH).

En la etapa 402, cuando se estima que Ges > GesTH, la rutina pasa a la etapa 403, en la que se cuenta la cuenta CS de seguridad, y luego pasa a la etapa 404. Por otra parte, cuando se estima que Ges \leq GesTH, la rutina pasa directamente a la etapa 404.

En la etapa 404, se estima si la cantidad Co de oxígeno en el gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es menor que una cantidad CoTH predeterminada (Co < CoTH).

En la etapa 404, cuando se estima que Co < CoTH, la rutina pasa a la etapa 405, en la que se cuenta la cuenta CS de seguridad, y luego pasa a la etapa 406. Por otra parte, en la etapa 404, cuando se estima que Co \geq CoTH, la rutina pasa directamente a la etapa 406.

En la etapa 406, se estima si la concentración Chc de HC en el gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas es menor que una concentración ChcTH predeterminada (Chc < ChcTH). En la etapa 406, cuando se estima que Chc < ChcTH, la rutina pasa a la etapa 407, en la que se cuenta la cuenta CS de seguridad, y luego se pone fin a la misma. Por otra parte, en la etapa 406, si se estima que Chc \geq ChcTH, se pone fin a la rutina.

En la etapa 305 de la figura 28, cuando se estima que CS > CSTH sobre la base de la cuenta CS de seguridad calculada tal como se ha explicado más arriba, se considera que la posibilidad de que las partículas depositadas ardan todas a la vez es casi nula, y la rutina pasa a la etapa 306, en la que se reposiciona la cuenta CS de seguridad, y luego se pone fin a la misma.

Por otra parte, en la etapa 305, cuando se estima que CS \leq CSTH, se considera que las partículas depositadas arderán todas a la vez, y la rutina vuelve a la etapa 301. Es decir, bajo la condición de que las partículas depositadas pueden arder todas a la vez, el funcionamiento A del motor puede entrar en la región P peligrosa, por lo que la rutina retorna a la etapa 301 para evitar con seguridad el deterioro térmico del filtro 22 de partículas, incluso cuando el funcionamiento A del motor entre en la región P peligrosa.

En el proceso para evitar el deterioro térmico explicado más arriba, en la etapa 304, tras la colocación de la posición de rotación de la válvula 80a de conmutación en la primera o la segunda posición de rotación, la posición de rotación del válvula 80a de conmutación se fija hasta que el grado de seguridad se vuelve mayor que un cierto umbral en el actual funcionamiento del motor.

Sin embargo, si un inyector dispuesto en el tubo de escape puede inyectar agua o nitrógeno en el filtro 22 de partículas para forzar a que baje la temperatura del filtro 22 de partículas, haciendo por tanto que el grado de seguridad sea mayor que el umbral dado. Alternativamente, utilizando tan sólo la temperatura del filtro 22 de partículas en vez del grado de seguridad, cuando la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelve menor que la temperatura TFTH predeterminada o menor que una temperatura menor que la temperatura TFTH predeterminada, la rutina puede retornar al diagrama de flujo de la figura 27.

A continuación, se dará una explicación de un proceso para evitar el deterioro térmico de la segunda realización de la invención. En esta realización, inmediatamente tras estimarse que el funcionamiento del motor se encuentra en la región peligrosa, se obliga al gas de escape a no evitar el filtro de partículas.

En esta realización, se estima si el funcionamiento del motor se moverá a la región segura dentro de un intervalo permitido tomando en consideración varias cuestiones, tales como el coste del combustible o la carga del motor requerida, cuando el estado de funcionamiento del motor cambie. Cuando se estima que el funcionamiento del motor se moverá a la región segura dentro del intervalo permitido, el estado de funcionamiento del motor se cambia para mover el funcionamiento del motor a la región segura.

Los parámetros para determinar si el funcionamiento del motor está dentro de la región segura o de la región peligrosa son la temperatura del filtro 22 de partículas, la concentración de oxígeno en el gas de escape, la cantidad de aire de admisión y la concentración de HC en el gas de escape.

Por tanto, a fin de mover el funcionamiento del motor a la región segura, cuando el motor se hace funcionar con una relación aire-combustible relativamente grande, se reduce la temperatura del filtro 22 de partículas, o se reduce la concentración de oxígeno en el gas de escape, o se aumenta la cantidad de aire de admisión, o se reduce la concentración de HC en el gas de escape. Además, cuando el motor se hace funcionar con una relación aire-combustible relativamente pequeña, se aumenta la concentración de HC en el gas de escape.

A fin de reducir la temperatura del filtro 22 de partículas, se incrementa la presión de la inyección de combustible del inyector de combustible y se retrasa la regulación de la misma, por ejemplo.

A fin de incrementar la cantidad de aire de admisión, se reduce el índice de EGR o, si fuese necesario, se reduce hasta cero el índice de EGR, o se incrementa la relación de transmisión de la transmisión en comparación con la relación actual para incrementar el régimen del motor si el motor comprende una transmisión con relación de transmisión automática, por ejemplo.

Cuando el índice de EGR se reduce hasta cero, la velocidad de consumo de combustible en la cámara 5 de combustión se vuelve muy rápida y por tanto el nivel de ruido derivado de la combustión de combustible puede volverse mayor que un nivel permitido, de manera que es preferible que se realice una inyección piloto para inyectar preliminarmente una pequeña cantidad de combustible antes de que se inyecte combustible en la cámara 5 de combustión o que se reduzca la presión de la inyección de combustible para reprimir el incremento del nivel de ruido derivado de la combustión de combustible.

A fin de reducir la concentración de oxígeno en el gas de escape, se reduce la relación aire-combustible o se incrementa el índice de EGR.

Es preferible que se reduzca la relación aire-combustible cuando el motor se hace funcionar con una relación aire-combustible relativamente pequeña, tal como cuando se realiza la combustión a baja temperatura o cuando se realiza la inyección de combustible en la carrera de combustión distinta de la inyección de combustible para inyectar combustible para hacer funcionar el motor.

De esta manera, es posible evitar que el gas de escape que incluye partículas se descargue directamente al aire exterior sin pasar por el filtro 22 de partículas cuando se cambia el estado de funcionamiento del motor. Cuando el funcionamiento del motor no entra en la región segura aunque se cambie el estado de funcionamiento del motor, se realiza un proceso similar al proceso para evitar el deterioro térmico de la primera realización, de manera que se obliga a que el gas de escape evite el filtro 22 de partículas.

La figura 31 muestra un diagrama de flujo para realizar el proceso para evitar el deterioro térmico de la segunda realización. En el diagrama de flujo de la figura 31, las etapas 500 a 506, excepto las etapas 501a y 501b, corresponden a las etapas 300 a 306 de la figura 28.

En el diagrama de flujo mostrado en la figura 31, en la etapa 501, cuando se estima que el funcionamiento A del motor está dentro de la región P peligrosa (A = P), la rutina pasa a la etapa 510a, en la que se estima si el funcionamiento A del motor se moverá adentro de la región S segura al cambiar el estado de funcionamiento del motor.

En la etapa 501a, cuando se estima que el funcionamiento A del motor se moverá a la región S segura, la rutina pasa a la etapa 501b, en la que se cambia el estado de funcionamiento del motor de manera que el funcionamiento A del motor entre en la región S segura.

Por otra parte, en la etapa 501a, cuando se estima que el funcionamiento A del motor no será capaz de moverse al interior de la región S segura, la rutina pasa a la etapa 502. Las etapas restantes son las mismas que las de la figura 31, por lo que se omiten las explicaciones de las mismas.

Cuando deba reducirse la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas, a fin de quemar gradualmente las partículas depositadas en el filtro 22 de partículas y no todas a la vez, puede emplearse el mecanismo de derivación mostrado en las figuras 22 a 25 para pasar una pequeña cantidad de gas de escape al interior del filtro 22 de partículas.

En este caso, la posición de rotación de la válvula 80 de conmutación se coloca en una posición ligeramente desplazada de la posición neutral hacia la primera o la segunda posición de rotación. De esta manera, se produce una diferencia entre las presiones en los primer y segundo extremos del filtro 22 de partículas, por lo que una pequeña cantidad de gas de escape fluye al interior del filtro 22 de partículas.

A continuación, con referencia a la figura 32, se dará una explicación de un proceso para eliminar las partículas depositadas por oxidación de la tercera realización, que incluye evitar el deterioro térmico del filtro de partículas. El proceso para evitar el deterioro térmico del filtro de partículas de esta realización utiliza varios conceptos empleados en las primera y segunda realizaciones y además incluye un proceso para eliminar SO_{x} del filtro de partículas.

En un diagrama de flujo mostrado en la figura 32, en primer lugar, en la etapa 600, se estima si la cantidad Cep de partículas depositadas es mayor que una cantidad CepTH predeterminada (Cep > CepTH). La cantidad Cep de partículas depositadas se calcula, por ejemplo, integrando una cantidad de partículas depositadas por unidad de tiempo que se obtiene previamente mediante un experimento como una función del régimen N del motor y de la carga L del motor requerida.

En la etapa 600, cuando se estima que Cep > CepTH, es decir, se estima que las partículas depositadas deberían eliminarse por oxidación, la rutina pasa a la etapa 601, en la que se realiza un proceso de elevación de la temperatura para elevar la temperatura del filtro 22 de partículas hasta la temperatura de oxidación de las partículas, y luego pasa a la etapa 602.

Por ejemplo, a fin de elevar la temperatura del filtro de partículas, se realiza la combustión a baja temperatura. Alternativamente, a fin de elevar la temperatura del filtro de partículas, puede cerrarse una válvula de mariposa de escape, dispuesta en el conducto de escape, para incrementar la carga del motor requerida, aumentando así la cantidad de combustible inyectado.

Además, a fin de elevar la temperatura del filtro de partículas, puede inyectarse una pequeña cantidad de combustible, distinto del combustible para hacer funcionar el motor, durante la carrera de combustión el motor y quemarse para elevar la temperatura del gas de escape.

Por otra parte, en la etapa 600, si se estima que Cep \leq CepTH, la rutina pasa directamente a la etapa 602.

En la etapa 602, se realiza un proceso para evitar el deterioro térmico según un diagrama de flujo mostrado en la figura 33. En el diagrama de flujo mostrado en la figura 33, en primer lugar, en la etapa 605, se estima si se satisface una condición (condición que evita el deterioro térmico) acerca de que debería realizarse el proceso para evitar el deterioro térmico. Además, esto se estima según un diagrama de flujo mostrado en la figura 34.

En el diagrama de flujo en la figura 34, en primer lugar, en la etapa 700, se estima si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es mayor que una temperatura TFTH predeterminada (TF > TFTH). Por ejemplo, la temperatura predeterminada se fija en la temperatura de inflamación de las partículas.

En la etapa 700, cuando se estima que TF > TFTH, la rutina pasa a la etapa 701, en la que se estima que se satisface la condición que evita el deterioro térmico.

Por otra parte, en la etapa 700, cuando se estima que TF \leq TFTH, se estima que la condición que evita el deterioro térmico no se satisface, y luego se pone fin a la rutina.

En la etapa 605 de la figura 33, cuando se satisface la condición que evita el deterioro térmico, la rutina pasa a la etapa 606, en la que se realiza el proceso para evitar el deterioro térmico.

En el proceso para evitar el deterioro térmico, se obliga al gas de escape a evitar el filtro 22 de partículas para hacer que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas sea menor que un primer umbral, en general preferiblemente cero, o se reduce la cantidad de aire de admisión para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas sea menor que un primer umbral, o se incrementa el régimen del motor para hacer que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas sea mayor que un segundo umbral.

El primer umbral es la cantidad de gas de escape que es lo suficientemente pequeña como para reprimir la quema de las partículas depositadas. El segundo umbral es la cantidad de gas de escape que es lo suficientemente grande como para irradiar el calor de la quema de las partículas depositadas a fin de evitar el deterioro térmico del filtro 22 de partículas.

El proceso para evitar el deterioro térmico se detiene tras haber transcurrido un periodo predeterminado, y entonces se comienza a realizar el proceso normal. El periodo predeterminado es, por ejemplo, un periodo suficiente para reducir la temperatura del filtro 22 de partículas hasta casi la temperatura de oxidación de las partículas.

En la etapa 603 de la figura 32, se estima si la cantidad Cs de azufre S adherido al filtro 22 de partículas es mayor que una cantidad CsTH predeterminada (Cs > CsTH).

El azufre S contenido en el gas de escape se adhiere a la superficie del filtro 22 de partículas. Cuando el filtro 22 de partículas comprende un absorbente de NO_{x}, que tiene capacidad de absorción y descarga de NO_{x}, que absorbe y retiene el NO_{x} cuando el oxígeno en el entorno es excesivo y descarga el NO_{x} cuando cae la concentración de oxígeno en el entorno, el azufre adherido reprime la capacidad de absorción y descarga de NO_{x}.

Por tanto, en este diagrama de flujo, en la etapa 603, cuando se estima que la cantidad de azufre S adherido es relativamente grande, se realiza un proceso para eliminar el azufre S adherido del filtro 22 de partículas.

Obsérvese que el agente de liberación de oxígeno activo se emplea con el catalizador de metal precioso, tal como platino Pt. Además, como agente de liberación de oxígeno activo, se utiliza al menos uno de entre un metal alcalino, tal como el potasio K, sodio Na, litio Li, cesio Cs y rubidio Rb, un metal alcalinotérreo, tal como el bario Ba, calcio Ca y estroncio Sr, una tierra rara, tal como el lantano La, itrio Y y cerio Ce, un metal de transición, tal como el hierro Fe, y un elemento de la familia del carbono, tal como el estaño Sn.

Más detalladamente, en la etapa 603, si se estima que Cs > CsTH, la rutina pasa a la etapa 604, en la que se hace funcionar el motor con la relación aire-combustible rica para hacer la relación aire-combustible del gas de escape más rica que la relación aire-combustible estequiométrica. Por tanto, la concentración de oxígeno en el filtro 22 de partículas se reduce mientras los hidrocarburos en el gas de escape reaccionan con el oxígeno para elevar la temperatura del filtro 22 de partículas. Por tanto, el azufre S adherido al filtro 22 de partículas se disocia del filtro 22 de
partículas.

La temperatura para disociar el azufre del filtro 22 de partículas es mayor que la temperatura de oxidación de las partículas, de manera que es preferible, desde el punto de vista del rendimiento, que la temperatura del filtro 22 de partículas se eleve hasta la temperatura de disociación del azufre tras elevarse en la etapa 601 la temperatura del filtro 22 de partículas hasta la temperatura de oxidación de las partículas.

Tal como se ha explicado más arriba, en esta realización, cuando la cantidad de partículas depositadas es mayor que la cantidad predeterminada, se realiza el proceso de elevación de la temperatura. Alternativamente, el proceso de elevación de la temperatura puede realizarse cuando la diferencia entre las presiones (pérdida de presión) del gas de escape aguas arriba y aguas abajo del filtro 22 de partículas sea mayor que nivel predeterminado, si se produce la pérdida de presión.

Además, tal como se ha explicado más arriba, en esta realización, se estima si debería realizarse el proceso que evita el deterioro térmico basándose en la temperatura del filtro 22 de partículas. Alternativamente, además de la temperatura del filtro 22 de partículas, puede emplearse la cantidad de aire de admisión que fluye al interior de la cámara de combustión o la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas (cantidad de gas de escape entrante) para estimar si debería realizarse el proceso que evita el deterioro térmico.

La figura 35 muestra un diagrama de flujo de otra realización para estimar si se satisface la condición que evita el deterioro térmico sobre la base de la temperatura TF del filtro 22 de partículas y de la cantidad Ges de gas de escape entrante.

En el diagrama de flujo mostrado en la figura 35, primero, en la etapa 800, se estima si la temperatura TF del filtro 22 de partículas es superior a la temperatura TFTH predeterminada (TF > TFTH).

En la etapa 800, cuando se estima que TF > TFTH, la rutina pasa a la etapa 801, en la que se estima si la cantidad Ges de gas de escape entrante es mayor que una cantidad GesMin mínima y menor que una cantidad GesMax máxima (GesMin < Ges < GesMax).

En la etapa 801, cuando se estima que GesMin < Ges < GesMax, es decir, cuando se estima que la temperatura del filtro 22 de partículas es mayor que la temperatura de inflamación de las partículas, y la cantidad de gas de escape entrante es insuficiente para irradiar rápidamente el calor de la quema de las partículas depositadas, y la cantidad de oxígeno entrante es suficiente para fomentar la quema de las partículas depositadas, se considera que debería evitarse el deterioro térmico del filtro 22 de partículas, por lo que la rutina pasa a la etapa 802, en la que se estima que se satisface la condición que evita el deterioro térmico.

Obsérvese que la presente invención también puede aplicarse a un aparato de purificación de gas de escape diseñado para disponer un catalizador de oxidación en el conducto de escape aguas arriba del filtro de partículas, convertir el NO en el gas de escape en NO_{2} mediante este catalizador de oxidación, provocar que el NO_{2} y las partículas depositadas sobre el filtro de partículas reaccionen y usar este NO_{2} para oxidar las partículas.

Según la presente invención, tal como se ha explicado más arriba, es posible oxidar y eliminar continuamente las partículas en el gas de escape en el filtro de partículas mientras también se purifica el NO_{x} en el gas de escape.

Claims

1. Aparato de purificación de gas de escape para un aparato un conducto de escape, un filtro de partículas dispuesto en el conducto de escape para eliminar por oxidación partículas en el gas de escape que sale de la cámara de combustión, un dispositivo para controlar una característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y un medio para evaluar si el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor derivado de la oxidación de las partículas, en el que cuando el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas para evitar que el filtro de partículas se vea deteriorado por el calor, caracterizado porque el dispositivo controlador puede controlar la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas, y en el que cuando el medio de estimación estima que el filtro concreto se verá deteriorado por el calor, el dispositivo controlador realiza una primera operación de control para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea menor que un primer umbral, y una segunda operación de control para hacer que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea mayor que un segundo umbral que es mayor que el primer umbral.

2. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el aparato comprende además un mecanismo de derivación para obligar a que al menos una parte del gas de escape evite el filtro de partículas, y en el que el dispositivo controlador hace que la cantidad del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea menor que el primer umbral mediante el mecanismo de derivación que obliga a que al menos parte del gas de escape evite el filtro de partículas.

3. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el dispositivo controlador hace que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea más pequeña que el primer umbral mediante la reducción de la cantidad de aire admitido en la cámara de combustión y hace que la cantidad de gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas sea mayor que el segundo umbral mediante el aumento de la cantidad de aire admitido en la cámara de combustión.

4. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 3, en el que el dispositivo controlador reduce la cantidad de aire admitido en la cámara de combustión mediante la reducción del régimen del motor e incrementa la cantidad de aire admitido en la cámara de combustión mediante el aumento del régimen del motor.

5. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por calor cuando la temperatura del filtro de partículas sea mayor que una temperatura predeterminada.

6. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 5, en el que la temperatura predeterminada es una temperatura en la que las partículas se inflaman.

7. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por calor cuando la temperatura del filtro de partículas sea mayor que una temperatura predeterminada y la concentración de oxígeno en el gas de escape sea mayor que una concentración predeterminada.

8. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, en el que la temperatura predeterminada es una temperatura en la que las partículas se inflaman.

9. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, en el que la concentración predeterminada se fija para que disminuya cuando aumente la concentración de hidrocarburos en el gas de escape, cuando la relación aire-combustible del gas de escape es pobre, y se fija para que aumente cuando aumente la concentración de hidrocarburos en el gas de escape, cuando la relación aire-combustible del gas de escape es estequiométrica o rica.

10. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, en el que la concentración predeterminada se fija para que aumente cuando aumente la cantidad de aire admitido en la cámara de combustión.

11. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que, cuando el medio de estimación estima que el filtro de partículas se verá deteriorado por calor, antes de que el dispositivo controlador cambie la característica del gas de escape, el medio de estimación estima si la temperatura del filtro de partículas llegará a ser menor que una temperatura predeterminada al cambiar la característica del gas de escape y si la concentración de oxígeno en el gas de escape llegará a ser menor que una concentración predeterminada al cambiar la característica del gas de escape, y el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape para hacer que la temperatura del filtro de partículas sea menor que la temperatura predeterminada cuando el medio de estimación estime que la temperatura del filtro de partículas se volverá menor que la temperatura predeterminada al cambiar la característica del gas de escape, y el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape para hacer que la concentración de oxígeno en el gas de escape sea menor que la concentración predeterminada cuando el medio de estimación estime que la concentración de oxígeno en el gas de escape se volverá menor que la concentración
predeterminada.

12. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 11, en el que el dispositivo controlador controla la característica del gas de escape mediante el control del estado de funcionamiento del motor.

13. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 11, en el que el aparato comprende además un mecanismo de derivación para obligar que al menos parte del gas de escape evite el filtro de partículas, y en el que el dispositivo controlador obliga a que al menos una parte del gas de escape evite el filtro de partículas mediante el mecanismo de derivación cuando el medio de estimación estima que, al cambiar la característica del gas de escape, la temperatura del filtro de partículas no se volverá menor que la temperatura predeterminada y que la concentración de oxígeno en el gas de escape no se volverá menor que la concentración predeterminada.

14. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el aparato comprende además un mecanismo de inversión para invertir el sentido de entrada del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas.

15. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el filtro de partículas tiene un catalizador de metal precioso.

16. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el filtro de partículas tiene un agente de liberación de oxígeno activo, que absorbe oxígeno y retiene el oxígeno cuando hay presente en el entorno oxígeno en exceso, y libera el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo cuando la concentración en el entorno disminuye, y en el que se libera oxígeno activo del agente de liberación de oxígeno activo y las partículas adheridas al filtro de partículas son oxidadas por el oxígeno activo liberado cuando las partículas se adhieren al filtro de partículas.

17. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 16, en el que el agente de liberación de oxígeno activo está compuesto al menos por uno de entre un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, una tierra rara, un metal de transición y un elemento de la familia del carbono.

18. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 17, en el que el metal alcalino y el metal alcalinotérreo están compuestos por metales con una tendencia a la ionización mayor que la del calcio.

19. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que las partículas adheridas al filtro de partículas se oxidan al enriquecer temporalmente la relación aire-combustible de una parte o la totalidad del gas de escape.

20. Aparato de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el filtro de partículas tiene un absorbente de NO_{x} para absorber el NO_{x} en el gas de escape cuando hay presente en el entorno oxígeno en exceso y liberar el NO_{x} absorbido cuando la concentración de oxígeno en el entorno disminuye, y en el que la característica del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas se retorna a la característica original cuando ha transcurrido un periodo predeterminado desde cuando el dispositivo controlador cambia la característica del gas de escape, y el azufre adherido al filtro de partículas se disocia del filtro de partículas mediante el enriquecimiento de la relación aire-combustible de una parte o la totalidad del gas de escape.