ES2240403T3

ES2240403T3 - Metodo de limpieza de gas de escape.

Info

Publication number: ES2240403T3
Application number: ES01904486T
Authority: ES
Inventors: Kazuhiro C/O TOYOTA JIDOSHA K.K. ITOH; Toshiaki C/O Toyota Jidosha K.K. Tanaka; Shinya C/O Toyota Jidosha K.K. Hirota; Koichi C/O TOYOTA JIDOSHA K.K. KIMURA; Koichiro C/O TOYOTA JIDOSHA K.K. NAKATANI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2005-10-16
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: WO2001061159A1; AU753460B2; AU751248B2; US20030072702A1; DE60111689D1; DE60110155T2; CA2369651C; AU3231201A; EP1172531A1; AU3231301A; CA2369651A1; EP1172532A4; DE60111689T2; CN1304737C; EP1172531B1; CA2369661C; JP3700056B2; DE60110155D1; ES2240402T3; KR20020002428A

Abstract

Método de purificación de gas de escape que comprende incluir en un filtro (22) de partículas, para eliminar partículas (62) en un gas de escape descargado de una cámara (5) de combustión, un agente (61) de liberación de oxígeno activo para absorber oxígeno y retener oxígeno cuando hay oxígeno en exceso en el entorno y liberar el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo cuando descienda la concentración de oxígeno en el entorno, mantener normalmente una relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas normalmente pobre y, ocasionalmente, cambiarla temporalmente a rica para promover una reacción de oxidación de las partículas (62) en el filtro (22) de partículas por parte del oxígeno activo liberado del agente (61) de liberación de oxígeno activo cuando la relación aire-combustible del gas de escape se cambia a rica, y por tanto, eliminar por oxidación las partículas (62) en el filtro (22) de partículas sin emitir una llama luminosa.

Description

Método de limpieza de gas de escape.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de purificación de gas de escape.

Técnica anterior

En el pasado, en un motor diesel, las partículas contenidas en el gas de escape se han eliminado 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 elevada, de al menos 600ºC aproximadamente. En contraposición a esto, la temperatura del gas de escape de un motor diesel es normalmente considerablemente menor que 600ºC. Por tanto, resulta 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 el pasado se ha sabido que la temperatura de inflamación de las partículas puede reducirse si el filtro de partículas incluye un catalizador. Por tanto, en la técnica se conocen varios filtros de partículas que incluyen catalizadores para reducir la temperatura de inflamación de las partículas.

Por ejemplo, la Publicación de patente japonesa examinada (Kokoku) nº 7-106290 describe un filtro de partículas que comprende un filtro de partículas que incluye 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 arden continuamente.

En un motor diesel, cuando la carga se vuelve alta, la temperatura del gas de escape llega de 350ºC hasta 400ºC, por tanto, con el filtro de partículas anterior 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 inflamarán. Además, aunque las partículas se inflamen, sólo arderá parte de las partículas y una gran cantidad de partículas permanecerá sin quemar.

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 arden 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 arderán algunas de las partículas que se encuentran fácilmente en contacto con el oxígeno, 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 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 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 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 800ºC durante largo tiempo hasta que las partículas depositadas terminasen ardiendo. Sin embargo, si el filtro de partículas se expone de esta manera a una temperatura elevada por encima de 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.

Además, si las partículas depositadas arden, la ceniza se condensará y formará grandes masas. Estas masas de ceniza atascan los finos orificios del filtro de partículas. El número de finos orificios atascados aumenta gradualmente con el paso del tiempo y, por tanto, la pérdida de presión del flujo de gas de escape en el filtro de partículas se vuelve gradualmente más grande. Si la pérdida de presión del flujo de gas de escape se vuelve más grande, el rendimiento del motor baja y por tanto, debido a ello, también surge el problema de que el filtro de partículas debe sustituirse rápidamente con un nuevo filtro.

Si una gran cantidad de partículas se deposita una vez en capas de esta manera, surgen varios problemas tal como se ha explicado anteriormente. Por tanto, es necesario evitar que una gran cantidad de partículas se deposite en capas mientras se considera el balance entre la cantidad de partículas contenidas en el gas de escape y la cantidad de partículas que puede quemarse en el filtro de partículas. Sin embargo, con el filtro de partículas descrito en la publicación anterior, no se tiene en cuenta el balance entre la cantidad de partículas contenidas en el gas de escape y la cantidad de partículas que puede quemarse en el filtro de partículas, y por tanto, surgen diversos problemas, tal como se ha explicado anteriormente.

Además, con el filtro de partículas descrito en la publicación anterior, si la temperatura del gas de escape desciende por debajo de 350ºC, las partículas no arderán y por tanto, las partículas se depositarán sobre el filtro de partículas. En este caso, si la cantidad de deposición es pequeña, cuando la temperatura del gas de escape alcance de 350ºC a 400ºC, las partículas depositadas arderán, pero si se deposita una gran cantidad de partículas en capas, las partículas depositadas no se inflamarán cuando la temperatura del gas de escape alcance de 350ºC a 400ºC. Aunque se inflamen, parte de las partículas no arderá, de manera que permanecerán sin quemar.

En este caso, si la temperatura del gas de escape se eleva antes de que la gran cantidad de partículas se deposite en capas, es posible hacer que las partículas depositadas ardan sin que quede ninguna, pero con el filtro de partículas descrito en la publicación anterior esto no se contempla en absoluto. Por tanto, cuando se deposita una gran cantidad de partículas, siempre que la temperatura del gas de escape no se eleve más allá de 600ºC, no se puede conseguir que todas las partículas depositadas ardan.

La patente japonesa 10-306717 da a conocer un dispositivo de control de emisiones de escape para un motor de combustión interna y un método de purificación de gas de escape según los cuales, se facilita la depuración del empobrecimiento por azufre de un absorbente de NO_{x}. Más en particular, la descripción se refiere a un método de purificación de gas de escape que comprende, en orden secuencial, las etapas de recuperación de SO_{x}, regeneración del filtro de partículas y la recuperación de NO_{x}.

Descripción de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de purificación de gas de escape capaz de eliminar continuamente por oxidación las partículas de un gas de escape en un filtro de partículas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de purificación de gas de escape capaz de eliminar continuamente por oxidación las partículas en un gas de escape en un filtro de partículas y simultáneamente eliminar NO_{x} en el gas de escape.

Según la presente invención, se proporciona un método de purificación de gas de escape que comprende incluir un filtro de partículas para eliminar partículas en un gas de escape descargado desde una cámara de combustión, un agente liberador de oxígeno activo para absorber oxígeno y retener oxígeno cuando hay oxígeno en exceso en el entorno y soltar el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo cuando baja la concentración de oxígeno en el entorno, mantener normalmente pobre una relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y ocasionalmente cambiarla a rica para estimular una reacción de oxidación de las partículas sobre el filtro de partículas por parte del oxígeno activo liberado del agente de liberación de oxígeno activo cuando la relación aire-combustible del gas de escape se cambia a rica, y por tanto eliminar por oxidación las partículas en el filtro de partículas sin emitir una llama luminosa.

Además, según la presente invención, se proporciona un método de purificación de gas de escape que incluye un filtro de partículas para eliminar partículas en un gas de escape descargado desde una cámara de combustión, un agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} para absorber oxígeno y retener oxígeno cuando hay oxígeno en exceso en el entorno y liberar el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo cuando baja la concentración de oxígeno en el entorno y para absorber NO_{x} en el gas de escape cuando una relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas es pobre y liberar los NO_{x} absorbidos cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas se convierte en la relación aire-combustible estequiométrica o rica, mantener normalmente pobre la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas y, ocasionalmente, cambiarla temporalmente a rica para estimular una reacción de oxidación de las partículas en el filtro de partículas por parte del oxígeno activo liberado del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} y reducir los NO_{x} liberados del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} cuando la relación aire-combustible del gas de escape se cambia a rica, y eliminar así por oxidación las partículas sobre el filtro de partículas sin emitir una llama luminosa y simultáneamente eliminar los NO_{x} en el gas de escape.

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Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista general de un motor de combustión interna; las figuras 2A y 2B son vistas de un par motor necesario de un 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 eliminables por oxidación y la temperatura del filtro de partículas; las figuras 7A y 7B son vistas de una cantidad de partículas eliminables por oxidación; las figuras 8A a 8F son vistas de gráficos de la cantidad G de partículas eliminables 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 un diagrama de flujo de un control del funcionamiento del motor; la figura 12 es una vista para explicar el control de la inyección; 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 general de otra realización de un motor; la figura 16 es una vista general de otra realización más de un motor; la figura 17 es una vista general de otra realización más de un motor; la figura 18 es una vista general de otra realización más de un motor; la figura 19 es una vista general de otra realización más de un motor; las figuras 20A a 20C son vistas de una concentración de deposición de partículas, etc.; y la figura 21 es un diagrama de flujo para controlar el funcionamiento del motor.

Mejor modo de realizar 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. 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 se conduce al interior 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.

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 - Exhaust Gas Recirculation). 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 al interior 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 introducido en el raíl 27 común se alimenta a los inyectores 6 de combustible a través de los tubos 6a de alimentación de combustible. El raíl 27 común tiene sujeto al mismo un detector 29 de 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 presión del combustible para que la presión del combustible en el raíl 27 común se convierta en una presión objetivo del combustible.

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 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. Un pedal 40 acelerador tiene conectado 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 tiene conectado un detector 42 de ángulo de 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 que el par motor es 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 con antelación en la ROM 32 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 unos tabiques 54 delgados. 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 hacia fuera, al interior de los conductos 51 de salida de gas de escape colindantes, a través de los tabiques 54 circundantes, tal como se muestra mediante las flechas en la figura 3B.

En esta 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 los tabiques 54 y las paredes interiores de los finos agujeros en los tabiques 54, está formada una capa de un portador compuesto de, por ejemplo, alúmina. El portador incluye un catalizador de metal precioso y un agente de liberación de oxígeno activo, que absorbe el oxígeno y retiene el oxígeno si hay presente oxígeno en exceso en el ambiente y libera el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo si baja la concentración de oxígeno en el ambiente.

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

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

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 hay platino Pt y potasio K en un portador, pero se realiza el mismo tipo de acción para la eliminación de partículas incluso cuando se emplea otro metal precioso, metal alcalino, metal alcalinotérreo, tierra rara y metal de transición.

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 del aire y el combustible introducidos en el 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 vuelve pobre. 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 los tabiques 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} (2NO + O_{2} \rightarrow 2NO_{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 nitrato NO_{3}^{-}, tal como se muestra en la figura 4A. Parte de los iones nitrato NO_{3}^{-} producen nitrato de potasio KNO_{3}.

Por otra parte, tal como se ha explicado anteriormente, el gas de escape contiene también 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 sulfato SO_{4}^{2-}, mientras se une con el potasio K para producir sulfato de potasio K_{2}SO_{4}. De esta manera, en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se produce nitrato de potasio KNO_{3} y sulfato de potasio K_{2}SO_{4}.

Por otra parte, en la cámara 5 de combustión se produce una partícula que se compone principalmente de carbono. Por tanto, el gas de escape contiene esta partícula. La partícula contenida en el gas de escape entra en contacto con, y se adhiere 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 dirige desde los conductos 50 de entrada de gas de escape hasta 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 partículas 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo desciende. Si desciende 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. Por consiguiente, el nitrato de potasio KNO_{3} formado en el agente 61 de liberación de oxígeno activo se descompone en potasio K, oxígeno Oy NO. El oxígeno O se dirige hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo, mientras el NO se libera al exterior desde el agente 61 de liberación de oxígeno activo. 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 alta 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 dirige hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y el agente 61 de liberación de oxígeno activo, mientras el SO_{2} se libera al exterior desde el agente 61 de liberación de oxígeno activo. El SO_{2} 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, el oxígeno O que se dirige 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 compuestos 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 dirige hacia la superficie de contacto entre la partícula 62 y 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 minutos a varias decenas de minutos. Mientras la partícula 62 está oxidándose de este modo, otra partícula se está depositando 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 esta partícula que está depositándose se elimina por oxidación. De esta manera, la partícula 62 depositada sobre el filtro 22 de partículas se quema continuamente sin emitir una llama luminosa.

Obsérvese que se considera que los NO_{x} se difunden en el agente 61 de liberación de oxígeno activo en forma de iones nitrato NO_{3}^{-} mientras se une con y se separa de los átomos de oxígeno repetidamente. Asimismo, durante este tiempo se produce oxígeno activo. La partícula 62 también es oxidada 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.

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 alta. Por tanto, para continuar ardiendo con tal llama, la temperatura del filtro 22 de partículas debe mantenerse a una temperatura alta.

En contraposición a esto, en la presente invención, la partícula 62 se oxida sin emitir una llama luminosa, tal como se ha explicado anteriormente. Esta vez, la superficie del filtro 22 de partículas no se pone al rojo vivo. Es decir, en otras palabras, en la presente invención, la partícula 62 se elimina por oxidación a una temperatura considerablemente baja. Por consiguiente, la acción de eliminación de la partícula 62 por oxidación sin emisión de una llama luminosa según la presente invención es completamente diferente a la acción de eliminación de una partícula 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 por unidad de tiempo aumenta cuanto mayor sea la temperatura del filtro 22 de partículas. Además, naturalmente, la partícula se elimina con mayor facilidad por oxidación cuanto mayor sea la temperatura de la propia partícula. Por tanto, la cantidad de partículas eliminables 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 eliminables por oxidación por unidad de tiempo sin 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 eliminables por oxidación en el caso en que la unidad de tiempo es 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 utiliza 10 minutos como unidad de tiempo, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación por unidad de tiempo expresa la cantidad G de partículas eliminables por oxidación por 10 minutos. También en este caso, la cantidad G de partículas eliminables 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 desde 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 eliminables por oxidación para la misma unidad de tiempo, por ejemplo, cuando la ;m por segundo es menor que la ;g por segundo, o cuando la cantidad M de partículas descargadas por 10 minutos es menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación por 10 minutos, es decir, en la región I de la figura 6, todas las partículas descargadas desde la cámara 5 de combustión 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 eliminables 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 toda la partícula. Las figuras 5A a 5C muestran el estado de oxidación de la partícula en este caso.

Es decir, cuando la cantidad de oxígeno activo no es suficiente para la oxidación sucesiva de toda la partícula, si la partícula 62 se adhiere al agente 61 de liberación de oxígeno activo, tal como se muestra en la figura 5A, sólo se oxidan parte de la partícula 62. La parte de la partícula que no se ha oxidado lo suficiente permanece sobre la capa portadora. A continuación, si prosigue el estado de insuficiencia de la cantidad de oxígeno activo, las partes de la partícula que no se han oxidado 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 la parte 63 residual de la partícula.

Esta parte 63 residual de la partícula que cubre la superficie de la capa portadora cambia gradualmente a grafito difícil de oxidar y por tanto la parte 63 residual de la partícula permanece fácilmente tal como es. Además, si la superficie de la capa portadora queda cubierta por la parte 63 residual de la partícula, se reprime 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. Por consiguiente, tal como se muestra en la figura 5C, otra partícula 64 se deposita sucesivamente sobre la parte 63 residual de la partícula. Es decir, la partícula se deposita en capas. Si la partícula se deposita en capas de esta manera, la partícula queda separada del platino Pt o del agente 61 de liberación de oxígeno activo, de manera que incluso aunque sea una partícula fácilmente oxidable, no será oxidada por el oxígeno O activo. Por tanto, sobre la partícula 64 se deposita sucesivamente otra partícula. Es decir, si prosigue el estado de que la cantidad M de partículas descargadas es mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, las partículas se depositan en capas 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, la partícula se quema 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 mantenerse en todo momento inferior a la cantidad G de partículas eliminables 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 un motor de combustión interna de tipo de ignición por compresión, mostrado en la figura 1, es posible mantener la cantidad M de 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 eliminables 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 la cantidad M de partículas descargadas normalmente se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación.

Si la cantidad M de partículas descargadas se mantiene para que normalmente sea menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación de esta manera, 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 poder decirse que no cambia demasiado. Por tanto, es posible mantener en 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, puesto 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 combustible o el aceite de lubricación contienen calcio Ca. Por tanto, 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, si en este caso se emplea un metal alcalino o un metal alcalinotérreo que tenga una tendencia a ionizarse superior a la del calcio Ca, por ejemplo, potasio K, como 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 los tabiques 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 ninguna obstrucción de los agujeros finos del filtro 22 de partículas. Por consiguiente, tal como se ha descrito anteriormente, 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.

Ahora, en esta realización de la presente invención, la intención esencialmente es mantener la cantidad M de partículas descargadas menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación en todos los estados de funcionamiento. Sin embargo, en la práctica, aunque se intente mantener la cantidad M de partículas descargadas menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación en todos los estados de funcionamiento de esta manera, en algunos casos la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación debido al rápido cambio en el estado de funcionamiento del motor o a algún otro motivo. Si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación de esta manera, tal como se ha explicado anteriormente, la parte de las partículas que no pudo oxidarse sobre el filtro 22 de partículas comienza a quedar.

En este momento, si continúa el estado en el que la cantidad M de partículas descargadas es mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, tal como se ha explicado anteriormente, las partículas terminan depositándose en capas sobre el filtro 22 de partículas. Cuando esta parte de las partículas que no pudo oxidarse de esta manera comienza a quedar, es decir, cuando las partículas solamente se depositan por debajo de un cierto límite, si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, la parte de las partículas residuales es eliminada por oxidación por el oxígeno O activo sin emisión de una llama. Por tanto, aunque la cantidad M de partículas descargadas se vuelva mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación antes de que las partículas se depositen en capas, las partículas dejarán de depositarse en capas.

Por tanto, en esta realización de la presente invención, cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación.

Nótese que 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 se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. 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, el oxígeno O activo se libera de repente al exterior desde el agente 61 de liberación de oxígeno activo. Las partículas depositadas por el oxígeno O activo liberado de repente 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 NO_{x}, de manera que baja la eficiencia de la absorción de NO_{x} y por tanto se reduce la cantidad de liberación de oxígeno activo 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, la acción de oxidación de NO_{x} se vuelve más intensa, 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 temporalmente 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 estimularse la acción de oxidación de las partículas sobre el filtro 22 de partículas.

Además, el cerio Ce tiene la función de aceptar oxígeno cuando la relación aire-combustible es pobre (Ce_{2}O_{3} \rightarrow
2CeO_{2}) y de liberar oxígeno activo cuando la relación aire-combustible se vuelve rica (2CeO_{3} \rightarrow Ce_{2}O_{3}). Por tanto, si se utiliza cerio Ce como agente de liberación de oxígeno activo, si se depositan partículas en el filtro 22 de partículas cuando la relación aire-combustible es pobre, las partículas serán oxidadas por el oxígeno activo liberado desde el agente de liberación de oxígeno activo, mientras que cuando la relación aire-combustible se vuelve rica, se liberará una gran cantidad de oxígeno activo del agente 61 de liberación de oxígeno activo y, por tanto, las partículas se oxidarán. Por consiguiente, incluso cuando se utiliza cerio Ce como agente 61 de liberación de oxígeno activo, si se cambia ocasionalmente de pobre a rica, es posible estimular la acción de oxidación de las partículas en el filtro 22 de partículas.

Ahora bien, en la figura 6, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación se muestra como una función tan sólo de la temperatura TF del filtro 22 de partículas, pero la cantidad G de partículas eliminables por oxidación es en realidad 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 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 partículas eliminables 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, de entre estos, el factor que tiene el mayor efecto sobre la cantidad G de partículas eliminables por oxidación 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 eliminables 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 eliminables 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 se vuelve alta, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación aumenta incluso en tan sólo eso. Sin embargo, puesto que la cantidad de oxígeno absorbida 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 aumenta la cantidad G de partículas eliminables 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} así producido 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 estimulará 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 aumenta la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. Sin embargo, la acción de estimulación de la oxidación de las partículas por el NO_{2} sólo tiene lugar mientras la temperatura del gas de escape sea de aproximadamente 250º a aproximadamente 450ºC, de manera que, tal como se muestra en la figura 7B, si aumenta la concentración de NO_{x} en el gas de escape, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación aumenta mientras la temperatura TF del filtro 22 de partículas sea de aproximadamente 250ºC a 450ºC.

Tal como se ha explicado anteriormente, es preferible calcular la cantidad G de partículas eliminables por oxidación teniendo en cuenta todos los factores que tienen un efecto sobre la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. Sin embargo, en esta realización de la presente invención, la cantidad G de partículas eliminables 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 eliminables por oxidación de 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 las partículas eliminables por oxidación a varias temperaturas TF (200ºC, 250ºC, 300ºC, 350ºC, 400ºC y 450º) se almacenan con antelación en la ROM 32 en forma de 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 calcula 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 se almacena con antelación en la ROM 32 en forma de 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 se almacena con antelación en la ROM 32 en forma de 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 eliminables 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 aumenta la cantidad M de partículas descargadas. Obsérvese que la cantidad M de partículas descargadas mostrada en la figura 10A se almacena con antelación en la ROM 32 en forma de diagrama, mostrado en la figura 10B, como una función del par TQ motor requerido y del régimen N del motor.

Tal como se ha explicado anteriormente, en la realización según la presente invención, cuando la cantidad M de partículas descargadas excede la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, se controla al menos una de entre la cantidad M de partículas descargadas o la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, de manera que la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación.

Obsérvese que aunque la cantidad M de partículas descargadas se vuelva algo mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, la cantidad de partículas depositadas en el filtro 22 de partículas no se volverá tan grande. Por tanto, es posible controlar al menos una de entre la cantidad M de partículas descargadas y la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, de manera que la cantidad M de partículas descargadas se vuelva menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que una cantidad (G + \alpha) permisible de la cantidad G de partículas eliminables por oxidación más un cierto valor \alpha pequeño.

A continuación, se dará una explicación del método de control del funcionamiento mientras se hace referencia a la figura 11.

Con referencia a la figura 11, en la etapa 100, primero se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa. A continuación, en la etapa 101, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR. A continuación, en la etapa 102, se controla la inyección desde el inyector 6 de combustible. A continuación, en la etapa 103, se calcula la cantidad M de partículas descargadas a partir del diagrama mostrado en la figura 10B. A continuación, en la etapa 104, se calcula la cantidad G de partículas eliminables por oxidación según la temperatura TF del filtro 22 de partículas, la concentración [O_{2}] de oxígeno en el gas de escape y la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape a partir de los diagramas mostrados en las figuras 8A a 8F.

A continuación, en la etapa 105, se determina si un indicador que indica que la cantidad M de partículas descargadas se ha vuelto mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. Cuando el indicador no se ha fijado, la rutina pasa a la etapa 106, en la que se determina si la cantidad M de partículas descargadas se ha vuelto mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. Cuando M \leq G, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas es igual que la cantidad M de partículas eliminables por oxidación o es más pequeña que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, se pone fin al ciclo de procesamiento.

En contraposición a esto, cuando se determina en la etapa 106 que M > G, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas se ha vuelto mayor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, la rutina pasa a la etapa 107, en la que se fija el indicador, entonces la rutina pasa a la etapa 108. Cuando el indicador está fijado, la rutina salta de la etapa 105 a la etapa 108 en el siguiente ciclo de procesamiento.

En la etapa 108, se compara la cantidad M de partículas descargadas y un valor (G - \beta) de control de la liberación, obtenido restando un cierto valor \beta de la cantidad G de partículas eliminables por oxidación. Cuando M \geq G - \beta, es decir cuando la cantidad M de partículas descargadas es mayor que el valor (G - \beta) de control de la liberación, la rutina pasa a la etapa 109, en la que se realiza un control para continuar la acción de oxidación continua de las partículas en el filtro 22 de partículas. Es decir, se controla al menos una de entre la cantidad M de partículas descargadas y la cantidad G de partículas eliminables por oxidación, de manera que la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación.

A continuación, cuando se determina en la etapa 108 que M < G - \beta, es decir cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que el valor (G - \beta) de control de la liberación, la rutina pasa a la etapa 110, en la que se realiza un control para restablecer gradualmente el estado de funcionamiento al estado de funcionamiento original, y se reposiciona el indicador.

Existen varios métodos en cuanto al control para continuar la oxidación desarrollada en la etapa 109 en la figura 11 y al control para el restablecimiento realizado en la etapa 110 en la figura 11. A continuación, se explicarán sucesivamente estos diversos métodos de control para continuar la oxidación y de control para el restablecimiento.

Un método para hacer que la cantidad M de partículas descargadas sea menor que la cantidad G de partículas eliminables por oxidación cuando M > G consiste en elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas. Por tanto, se dará primero una explicación del método de elevación de la temperatura TF del filtro 22 de partículas.

Un método efectivo para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas consiste en retardar el tiempo de inyección de combustible hasta después del punto muerto superior de la carrera de compresión. Es decir, el combustible Q_{m} principal se inyecta normalmente cerca del punto muerto superior de la carrera de compresión, tal como se muestra mediante (I) en la figura 12. En este caso, si se retarda el tiempo de inyección del combustible Q_{m} principal, tal como se muestra en (II) de la figura 12, el tiempo de combustión se vuelve más largo, y por tanto, la temperatura del gas de escape aumenta. Si la temperatura del gas de escape aumenta, la temperatura TF del filtro 22 de partículas se vuelve más alta con ella y por consiguiente se consigue el estado en el que M < G.

Además, para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas, también resulta posible inyectar combustible Q_{v} auxiliar además del combustible Q_{m} principal cerca del punto muerto superior de la carrera de succión, tal como se muestra en (III) de la figura 12. Si el combustible Q_{v} auxiliar se inyecta adicionalmente de esta manera, el combustible que se quema se aumenta en exactamente la cantidad del combustible Q_{v} auxiliar, y por tanto, la temperatura TF del filtro 22 de partículas aumenta.

Por otra parte, si se inyecta de esta manera combustible Q_{v} auxiliar cerca del punto muerto superior de la carrera de succión, a partir de este combustible Q_{v} auxiliar se producen aldehídos, cetonas, peróxidos, monóxido de carbono, y otros productos intermedios debido al calor de combustión durante la carrera de compresión. La reacción del combustible Q_{m} principal se ve acelerada por estos productos intermedios. Por tanto, en este caso, aunque el tiempo de inyección del combustible Q_{m} principal se retarde mucho, tal como se muestra en (III) de la figura 12, se obtendrá una buena combustión sin provocar fallos de encendido. Es decir, puesto que es posible retardar enormemente el tiempo de inyección del combustible Q_{m} principal de esta manera, la temperatura del gas de escape se vuelve considerablemente elevada, y por tanto, la temperatura TF del filtro 22 de partículas puede hacerse subir rápidamente.

Además, para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas, también es posible inyectar combustible Q_{P} auxiliar en la carrera de expansión o en la carrera de descarga además del combustible Q_{m} principal, tal como se muestra mediante (IV) en la figura 12. Es decir, en este caso, la mayor parte del combustible Q_{P} auxiliar se descarga sin quemarse en el conducto de escape en forma de HC sin arder. Este HC sin arder es oxidado por el oxígeno en exceso en el filtro 22 de partículas. El calor de la reacción de oxidación que se produce en ese momento hace subir la temperatura TF del filtro 22 de partículas.

En el ejemplo explicado hasta aquí, tal como se muestra en (I) de la figura 12, por ejemplo, cuando el combustible Q principal se está inyectando, si en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, la inyección se controla, tal como se muestra en (II) o (III) o (IV) de la figura 12, en la etapa 109 de la figura 11. A continuación, cuando en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, en la etapa 100 se realiza un control para restablecer el método de inyección al método de inyección mostrado en (I) de la figura 12.

A continuación, se explicará el método de utilización de una combustión a baja temperatura para hacer que M < G.

Es decir, se sabe que si se incrementa el índice de EGR, la cantidad generada de humo aumenta gradualmente y alcanza un máximo, y que cuando el índice de EGR se incrementa adicionalmente, la cantidad de generación de humo desciende 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 del uso de un dispositivo refrigerador de pequeño tamaño para enfriar el gas de EGR 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 generará casi 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 alcanzará un máximo cuando el índice de EGR sea 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 generará casi 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 del 55 por ciento. En este caso, si hace que el índice de EGR esté por encima de aproximadamente el 70 por ciento, ya no se generará casi humo.

El motivo por el que ya no se genera humo cuando se hace de esta manera que el índice del gas de EGR sea superior al 55 por ciento es que, debido a la acción de absorción de calor del gas de EGR, la temperatura del combustible y el gas circundante no se volverá demasiado elevada en el momento de la combustión, es decir, se realiza una combustión a baja temperatura y, por consiguiente, los hidrocarburos no se convierten en hollín.

Esta combustión a baja temperatura se caracteriza porque resulta posible reducir la cantidad de generación de humo de NO_{x} mientras se suprime la cantidad de generación 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 mantiene 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 genera una cantidad extremadamente pequeña de NO_{x}. Por otra parte, cuando la relación aire-combustible media 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 mantiene a una temperatura baja, de manera que no se produce humo alguno y además sólo se produce una cantidad extremadamente pequeña de NO_{x}.

Por otra parte, si se realiza una combustión a baja temperatura, la temperatura del combustible y su gas circundante se vuelve baja, 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 en el momento de una combustión normal. Además, la línea continua de la figura 14B muestra la relación entre la temperatura Tf del combustible y su gas circundante y el ángulo de cigüeñal en el momento de una combustión a baja temperatura, mientras que la línea discontinua de la figura 14B muestra la relación entre la temperatura Tf del combustible y su gas circundante y el ángulo de cigüeñal en el momento de una combustión normal.

La cantidad de gas de EGR es mayor en el momento de una combustión normal que comparada con el momento de una combustión a baja temperatura. 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 momento de la combustión a baja temperatura mostrada por la línea continua se vuelve superior a la temperatura Tg media del gas en el momento 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 del combustible y su gas circundante se vuelve sustancialmente la misma temperatura que la temperatura Tg media del gas.

A continuación, se empieza la combustión cerca del punto muerto superior de la carrera de compresión. En este caso, en el momento de la combustión a baja temperatura, la temperatura Tf del combustible y su gas circundante no se vuelve demasiado elevada, tal como se muestra mediante la línea continua de la figura 14B. En contraposición a esto, en el momento de la combustión normal, hay una gran cantidad de oxígeno alrededor del combustible, de manera que, tal como se muestra mediante la línea discontinua de la figura 14B, la temperatura Tf del combustible y su gas circundante se vuelve extremadamente elevada. Cuando la combustión normal se realiza de esta manera, la temperatura Tf del combustible y su gas circundante se vuelve considerablemente superior en el momento de la combustión a baja temperatura, pero la temperatura del resto del gas, que supone la mayor parte, se vuelve menor en el momento de la combustión normal comparada con el momento de 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 mayor en el momento de la combustión a baja temperatura que en la combustión normal. Por consiguiente, tal como se muestra en la figura 14A, la temperatura del gas quemado en la cámara 5 de combustión al final de la combustión se vuelve más elevada en el momento de la combustión a baja temperatura que en la combustión normal. Por tanto, si se realiza 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 humo generado, 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 cuando M > G, la cantidad M de partículas descargadas desciende, la temperatura TF del filtro 22 de partículas se eleva y la cantidad G de partículas eliminables por oxidación aumenta, es posible alcanzar un estado en el que M < G. Cuando se utiliza esta combustión a baja temperatura, si se determina en la etapa 106 de la figura 11 que M > G, se pasa a combustión a baja temperatura en la etapa 109. A continuación, cuando se determina en la etapa 108 que M < G - \beta, se pasa a combustión normal en la etapa 110.

A continuación, se dará una explicación de otro método de elevación de la temperatura TF del filtro 22 de partículas para producir un estado en el que M < G. La figura 15 muestra un motor adecuado para la ejecución de este método. Con referencia a la figura 15, en este motor, un dispositivo 70 de alimentación de hidrocarburo está dispuesto en el tubo 20 de escape. En este método, cuando se determina que M > G en la etapa 106 de la figura 11, se suministra un hidrocarburo desde el dispositivo 70 de alimentación de hidrocarburos al interior del tubo 20 de escape en la etapa 109. El hidrocarburo es oxidado por el oxígeno en exceso en el filtro 22 de partículas. Debido al calor de la reacción de oxidación en este momento, la temperatura TF del filtro 22 de partículas se eleva. A continuación, cuando se determina en la etapa 108 de la figura 11 que M < G - \beta, se detiene el suministro de hidrocarburo del dispositivo 70 de alimentación de hidrocarburo en la etapa 110. Obsérvese que este dispositivo 70 de alimentación de hidrocarburo puede disponerse en cualquier sitio entre el filtro 22 de partículas y el orificio 10 de escape.

A continuación, se dará una explicación de otro método más para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas para hacer que M < G. La figura 16 muestra un motor adecuado para la ejecución de este método. Con referencia a la figura 16, en este motor, una válvula 73 de control de escape accionada por un actuador 72 está dispuesta en el tubo 71 de escape aguas abajo del filtro 22 de partículas.

En este método, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, se hace que la válvula 73 de control de escape se cierre sustancialmente del todo en la etapa 109. Para evitar una reducción en el par motor de salida del motor debido a que la válvula 73 de control de escape esté cerrada sustancialmente del todo, se aumenta la cantidad de inyección de combustible Q_{m} principal. Si la válvula 73 de control de escape se cierra sustancialmente del todo, sube la presión en el conducto de escape aguas arriba de la válvula 73 de control de escape, es decir, la contrapresión. Si la contrapresión aumenta, cuando el gas de escape se descarga desde el interior de la cámara 5 de combustión al interior del orificio 10 de escape, la presión del gas de escape no desciende tanto. Por tanto, la temperatura ya no desciende tanto. Además, en este momento, puesto que la cantidad de inyección de combustible Q_{m} principal ha aumentado, la temperatura del gas ya quemado en la cámara 5 de combustión se vuelve elevada. Por tanto, la temperatura del gas de escape expulsado al interior del orificio 10 de escape se vuelve considerablemente alta. Por consiguiente, se hace que la temperatura del filtro 22 de partículas se eleve rápidamente.

A continuación, si en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, se hace que la válvula 73 de control de escape se abra sustancialmente del todo, y en la etapa 110 se para la acción de aumentar la cantidad de inyección de combustible Q_{m} principal.

A continuación, se dará una explicación de otro método más para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas para hacer que M < G. La figura 17 muestra un motor adecuado para la ejecución de este método. Con referencia a la figura 17, en este motor, una válvula 76 de compuerta central controlada por un actuador 75 está dispuesta dentro del conducto 74 de derivación de escape que circunvala la turbina 21 de escape. Este actuador 75 normalmente se acciona en respuesta a la presión del interior del tanque 12 de baja presión, es decir, la presión de sobrealimentación, y controla el grado de apertura de la válvula 76 de compuerta central de manera que la presión de sobrealimentación no se vuelva mayor que un determinado valor.

En este método, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, la válvula 76 de compuerta central se abre completamente en la etapa 109. Si el gas de escape pasa a través de la turbina 21 de escape, la temperatura desciende, pero si la válvula 76 de compuerta central se abre completamente, gran parte del gas de escape fluye a través del conducto 74 de derivación de escape, de manera que la temperatura ya no desciende más. Por tanto, la temperatura del filtro 22 de partículas aumenta. A continuación, si en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, se hace que la válvula 76 de compuerta central se abra, y el grado de apertura de la válvula 76 de compuerta central se controla de manera que la presión de sobrealimentación no exceda una determinada presión en la etapa 110.

A continuación, se dará una explicación del método de reducción de la cantidad M de partículas descargadas para hacer que M < G. Es decir, cuanto más suficientemente se mezclen el combustible inyectado y el aire, es decir, cuanto mayor es la cantidad de aire alrededor del combustible inyectado, mejor se quema el combustible inyectado, de manera que se producen menos partículas. Por tanto, para reducir la cantidad M de partículas descargadas, basta con mezclar más suficientemente el combustible inyectado y el aire. Sin embargo, si el combustible inyectado y el aire se mezclan bien, la cantidad de generación de NO_{x} aumenta puesto que la combustión se vuelve activa. Por tanto, en otras palabras, el método de reducción de la cantidad M de partículas descargadas puede decirse que es un método de aumento de la cantidad de generación de NO_{x}.

Sea cual sea el caso, existen varios métodos para reducir la cantidad PM de partículas descargadas. Por tanto, estos métodos se explicarán sucesivamente.

También es posible utilizar la combustión a baja temperatura anteriormente mencionada como un método para reducir la cantidad PM de partículas descargadas, pero el método de control de la inyección de combustible también puede mencionarse como otro método efectivo. Por ejemplo, si la cantidad de inyección de combustible se reduce, aparece suficiente aire alrededor del combustible inyectado, y por tanto, la cantidad M de partículas descargadas se reduce.

Además, si se adelanta el tiempo de inyección, aparece suficiente aire alrededor del combustible inyectado, y por tanto, la cantidad M de partículas descargadas se reduce. Además, si la presión de combustible en el raíl 27 común, es decir, la presión de inyección, se eleva, se dispersa el combustible inyectado, de manera que la mezcla entre el combustible inyectado y el aire se vuelve buena, y por tanto, la cantidad M de partículas descargadas se reduce. Además, cuando se inyecta combustible auxiliar al final de la carrera de compresión, inmediatamente antes de la inyección del combustible Q_{m} principal, es decir, cuando se desarrolla la denominada inyección piloto, el aire alrededor del combustible Q_{m} se vuelve insuficiente dado que el oxígeno se consume por la combustión del combustible auxiliar. Por tanto, en este caso, la cantidad M de partículas descargadas se reduce deteniendo la inyección piloto.

Es decir, cuando se controla la inyección de combustible para reducir la cantidad M de partículas descargadas, si en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, en la etapa 109, se reduce la cantidad de inyección de combustible, se adelanta el tiempo de inyección de combustible, se eleva la presión de inyección o se detiene la inyección piloto para reducir la cantidad M de partículas descargadas. A continuación, cuando en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M <G - \beta, se restablece el estado original de inyección de combustible en al etapa 110.

A continuación se dará una explicación de otro método para reducir la cantidad M de partículas descargadas para hacer que M < G. En este método, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, se reduce el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR para reducir el índice de EGR. Si el índice de EGR desciende, la cantidad de aire alrededor del combustible inyectado aumenta, y por tanto, la cantidad M de partículas descargadas desciende. A continuación, cuando en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, el índice de EGR se eleva al índice de EGR original en la etapa 110.

A continuación se dará una explicación de otro método más para reducir la cantidad M de partículas descargadas para hacer que M < G. En este método, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, se reduce el grado de apertura de la válvula 76 de compuerta central (figura 17) para aumentar la presión de sobrealimentación. Si aumenta la presión de sobrealimentación, aumenta la cantidad de aire alrededor del combustible inyectado, y por tanto, desciende la cantidad M de partículas descargadas. A continuación, cuando en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, se restablece la presión de sobrealimentación a la presión de sobrealimentación original en la etapa 110.

A continuación se dará una explicación de otro método más para aumentar la concentración de oxígeno en el gas de escape para hacer que M < G. Si la concentración de oxígeno en el gas de escape aumenta, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación aumenta sólo debido a ello, pero puesto que la cantidad de oxígeno absorbido en el agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta, la cantidad de oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta, y por tanto, aumenta la cantidad G de partículas eliminables por oxidación.

Como método para ejecutar este método, puede mencionarse el método de control del índice de EGR. Es decir, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, se reduce el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR de manera que se reduzca el índice de EGR en la etapa 109. La reducción del índice de EGR significa que aumenta la relación de la cantidad de aire de admisión en el aire de admisión. Por tanto, si el índice de EGR cae, la concentración de oxígeno en el gas de escape aumenta. Por consiguiente, la cantidad G de partículas eliminables por oxidación aumenta. Además, si el índice de EGR cae, tal como se ha mencionado más arriba, la cantidad M de partículas descargadas decrece. Por tanto, si el índice de EGR cae, se alcanza rápidamente el estado en el que M < G. A continuación, cuando en la etapa 108 se determina que M < G - \beta, se restablece la EGR al índice de EGR original en la etapa 110.

A continuación, se dará una explicación del método de utilización de aire secundario para aumentar la concentración de oxígeno en el gas de escape. En el ejemplo mostrado en la figura 18, el tubo 77 de escape entre la turbina 21 de escape y el filtro 22 de partículas está conectado al conducto 13 de admisión a través de un conducto 78 de alimentación de aire secundario, mientras que una válvula 79 de control de alimentación está dispuesta en el conducto 78 de alimentación de aire secundario. Además, en el ejemplo mostrado en la figura 19, el conducto 78 de alimentación de aire secundario está conectado a una bomba 80 de aire accionada por motor. Obsérvese que la posición para suministrar aire secundario al interior del conducto de escape puede ser cualquiera entre el filtro 22 de partículas y el orificio 10 de escape.

En el motor mostrado en la figura 18 o la figura 19, cuando en la etapa 106 de la figura 11 se determina que M > G, en la etapa 109 se hace que la válvula 79 de control de alimentación se abra. Por consiguiente, se suministra aire secundario desde el conducto 78 de alimentación de aire secundario al tubo 77 de escape. Por tanto, se aumenta la concentración de oxígeno en el gas de escape. A continuación, cuando en la etapa 108 de la figura 11 se determina que M < G - \beta, en la etapa 110 se hace que la válvula 79 de control de alimentación se cierre.

A continuación, se dará una explicación de una realización en la que se calcula sucesivamente la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación que se oxida por unidad de tiempo en el filtro 22 de partículas, y se controla al menos una de entre la cantidad M de partículas descargadas y la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación, de manera que M < GG cuando la cantidad M de partículas descargadas excede la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación calculada.

Tal como se ha explicado anteriormente, cuando se depositan partículas en el filtro 22 de partículas, pueden oxidarse en corto tiempo, pero antes de que esas partículas se eliminen completamente por oxidación, otras partículas se depositan sucesivamente en el filtro 22 de partículas. Por tanto, en realidad, siempre se está depositando una cierta cantidad de partículas en el filtro 22 de partículas y parte de las partículas en estas partículas que se depositan se elimina por oxidación. En este caso, si las partículas GG eliminables por oxidación por unidad de tiempo son iguales que la cantidad M de partículas descargadas, todas las partículas en el gas de escape pueden eliminarse por oxidación en el filtro 22 de partículas. Sin embargo, cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad GG de partículas eliminables por oxidación por unidad de tiempo, la cantidad de partículas depositadas en el filtro 22 de partículas aumenta gradualmente y finalmente las partículas se depositan en capas y ya no es posible una ignición a una baja temperatura.

De esta manera, si la cantidad M de partículas descargadas se vuelve igual que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación o menor que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación, es posible eliminar por oxidación todas las partículas en el gas de escape en el filtro 22 de partículas. Por tanto, en esta realización, cuando la cantidad M de partículas descargadas excede la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación, se controla la temperatura TF del filtro 22 de partículas o la cantidad M de partículas descargadas, etc., de manera que M < GG.

Obsérvese que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación puede expresarse tal como sigue:

GG (g/s) = C\cdot EXP(-E/RT)\cdot [PM]^{1}\cdot ([O_{2}]^{m} + [NO]^{n})

Aquí, C es una constante, E es la energía de activación, R es una constante de gas, T es la temperatura TF del filtro 22 de partículas, [PM] es la concentración de deposición (mol/cm^{2}) de partículas en el filtro 22 de partículas, [O_{2}] es la concentración de oxígeno en el gas de escape y [NO] es la concentración de NO_{x} en el gas de escape.

Obsérvese que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación es en realidad una función de la concentración de HC no quemado en el gas de escape, el grado de facilidad de oxidación de las partículas, la velocidad espacial del flujo de gas de escape en el filtro 22 de partículas, la presión del gas de escape, etc., pero aquí no se considerarán estos efectos.

Tal como se comprenderá a partir de lo anterior, la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación aumenta exponencialmente cuando la temperatura TF del filtro 22 de partículas aumenta. Además, si la concentración [PM] de deposición de partículas aumenta, las partículas eliminadas por oxidación aumentan, de manera que cuanto mayor es la [PM], mayor es la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación. Sin embargo, cuanto mayor es la concentración [PM] de deposición de las partículas, mayor es la cantidad de partículas depositadas en posiciones de difícil oxidación, de manera que el ritmo de aumento de la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación desciende gradualmente. Por tanto, la relación entre la concentración [PM] de deposición de partículas y la [PM]^{l} en la fórmula anterior se vuelve tal como se muestra en la figura 20A.

Por otra parte, si la concentración [O_{2}] de oxígeno en el gas de escape se vuelve mayor, tal como se ha explicado anteriormente, la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación aumenta sólo debido a ello, pero adicionalmente, la cantidad de oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo aumenta. Por tanto, si la concentración [O_{2}] de oxígeno en el gas de escape se vuelve mayor, la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación aumenta en proporción, y por tanto, la relación entre la concentración [O_{2}] de oxígeno en el gas de escape y [O_{2}]^{m} en la fórmula anterior se vuelve tal como se muestra en la figura 20B.

Por otra parte, si la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape se vuelve mayor, tal como se ha explicado anteriormente, la cantidad de generación de NO_{2} aumenta, de manera que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación aumenta. Sin embargo, la conversión de NO a NO_{2} sólo se produce cuando la temperatura del gas de escape está entre aproximadamente 250ºC y aproximadamente 450ºC. Por tanto, la relación entre la concentración [NO] de NO_{x} en el gas de escape y [NO]^{n} en la fórmula anterior se vuelve una en la que [NO]^{n} aumenta junto con un aumento en [NO], tal como se muestra mediante la línea continua [NO]^{n}_{1} en la figura 20C, cuando la temperatura del gas de escape está entre aproximadamente 250ºC y aproximadamente 450ºC, mientras que [NO]^{n}_{0} se vuelve aproximadamente cero independientemente de [NO], tal como se muestra mediante la línea continua [NO]^{n}_{0} de la figura 20C, cuando la temperatura del gas de escape es menor que aproximadamente 250ºC o mayor que aproximadamente 450ºC.

En esta realización, se calcula la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación basándose en la fórmula anterior con el transcurso de cada cierto intervalo de tiempo. Si la cantidad de partículas depositadas en este momento se hace PM(g), se eliminan las partículas correspondientes a la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación en esas partículas PM, y las partículas correspondientes a la cantidad M de partículas descargadas se depositan nuevamente en el filtro 22 de partículas. Por tanto, la cantidad final de deposición de partículas viene expresada por lo siguiente:

PM + M - GG

A continuación, se dará una explicación del método de control del funcionamiento con referencia a la figura 21.

Con referencia a la figura 21, primero, en la etapa 200, se controla el grado de apertura de la válvula 17 de mariposa. A continuación, en la etapa 201, se controla el grado de apertura de la válvula 25 de control de la EGR. A continuación, en la etapa 202, se controla la inyección desde el inyector 6 de combustible. A continuación, en la etapa 203, se calcula la cantidad M de partículas descargadas a partir del diagrama mostrado en la figura 10B. A continuación, en la etapa 204, se calcula la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación basándose en lo siguiente:

GG = C\cdot EXP(-E/RT)\cdot [PM]^{l}\cdot ([O_{2}]^{m} + [NO]^{n})

A continuación, en la etapa 205, se calcula la cantidad PM final de deposición de las partículas basándose en lo siguiente:

PM \leftarrow PM + M - GC

A continuación, en la etapa 206, se determina si se ha fijado un indicador que indica que la cantidad M de partículas descargadas se ha vuelto mayor que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación. Cuando el indicador no se ha fijado, la rutina pasa a la etapa 207, en la que se determina si la cantidad M de partículas descargadas se ha vuelto mayor que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación. Cuando M \leq GG, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas es menor que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación, se pone fin al ciclo de procesamiento.

En contraposición a esto, cuando en la etapa 207 se determina que M > GG, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve mayor que la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación, la rutina pasa a la etapa 208, en la que el indicador se fija, y entonces pasa a la etapa 209. Cuando el indicador está fijado, la rutina salta de la etapa 206 a la etapa 209 en el siguiente ciclo de procesamiento.

En la etapa 209, se comparan la cantidad M de partículas descargadas y un valor (GG - \beta) de control de liberación, obtenido restando un determinado valor \beta de la cantidad GG de partículas eliminadas por oxidación. Cuando M \geq GG - \beta, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas es mayor que el valor (GG - \beta) de control de liberación, la rutina pasa a la etapa 210, en la que se realiza un control para continuar la acción de oxidación de las partículas en el filtro 22 de partículas, es decir, se realiza un control para elevar la temperatura TF del filtro 22 de partículas, un control para reducir la cantidad M de partículas descargadas, o un control para elevar la concentración de oxígeno en el gas de escape.

A continuación, cuando en la etapa 209 se determina que M < GG - \beta, es decir, cuando la cantidad M de partículas descargadas se vuelve menor que el valor (GG - \beta) de control de liberación, la rutina pasa a la etapa 211, en la que se realiza un control para restablecer gradualmente el estado de funcionamiento al estado de funcionamiento original y se reposiciona el indicador.

Obsérvese que en las realizaciones anteriormente explicadas, una capa de un portador que se compone de aluminio está, por ejemplo, formada sobre las dos superficies laterales de los tabiques 54 del filtro 22 de partículas y las paredes interiores de los agujeros finos en las particiones 54. Este portador incluye un catalizador de metal precioso y un agente de liberación de oxígeno activo. Además, el portador puede tener un absorbente de NO_{x}, que absorbe los NO_{x} contenidos 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 los NO_{x} absorbidos 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 este caso, tal como se ha explicado anteriormente, según la presente invención, se emplea platino Pt como catalizador de metal precioso. Como absorbente de NO_{x}, se utiliza al menos uno de entre un metal alcalino, tal como potasio K, sodio Na, litio Li, cesio Cs y rubidio Rb, un metal alcalinotérreo, tal como bario Ba, calcio Ca y estroncio Sr, y una tierra rara, tal como lantano La y 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 coinciden en su mayor parte.

En este caso, es posible utilizar metales diferentes o utilizar 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 de la utilización de platino Pt como catalizador de metal precioso y la utilización de potasio K como absorbente de NO_{x}.

En primer lugar, considerando la acción de absorción de NO_{x}, los NO_{x} se absorben 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}.

Es decir, 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 Por tanto, y se difunde en el absorbente 61 de NOx en forma de iones nitrato NO_{3}^{-}, tal como se muestra en la figura 4A, mientras se une al potasio K. Parte de los iones nitrato NO_{3}^{-} producen nitrato de potasio KNO_{3}. De esta manera, el NO se absorbe en el absorbente 61 de NO_{x}.

Por otra parte, cuando el gas de escape que fluye al interior del filtro 22 de partículas se vuelve rico, los iones nitrato NO_{3}^{-} se descomponen en oxígeno O y NO, y luego el NO se libera 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 vuelve rica, el NO se libera del absorbente 61 de NO_{x} en corto tiempo. Además, se reduce el NO liberado, de manera 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 libere todo los NO_{x} absorbidos en el absorbente 61 de NO_{x}.

Sin embargo, tal como se ha explicado anteriormente, es posible utilizar metales diferentes para el absorbente de NO_{x} y el agente de liberación de oxígeno activo o utilizar el mismo metal para el absorbente de NO_{x}y para el agente de liberación de oxígeno activo. Si se utiliza el mismo metal para el absorbente de NO_{x} y para el agente de liberación de oxígeno activo, 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}. En este caso, el número de referencia 61 de la figura 4a muestra un agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}.

Cuando se emplea un agente 61 de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} así, 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 61 de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}. Si las partículas contenidas en el gas de escape se adhieren al agente 61 de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}, las partículas son eliminadas por oxidación en corto tiempo por el oxígeno activo contenido en el gas de escape y por el oxígeno activo liberado del agente 61 de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}. Por tanto, en este momento, es posible evitar la descarga a la atmósfera tanto de las partículas como de los NO_{x} en el gas de escape.

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

Obsérvese que, cuando se utiliza un absorbente de NO_{x} o un agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x}, la relación aire-combustible del gas que fluye al interior del filtro 22 de partículas se hace temporalmente rica para liberar los NO_{x} del absorbente de NO_{x} o del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} antes de que la capacidad de absorción del absorbente de NO_{x} o del agente de liberación de oxígeno activo/absorbente de NO_{x} se sature.

Además, la presente invención también puede aplicarse al caso en el que sólo se incluye un metal precioso, tal como el platino Pt, en la capa del portador formado sobre las dos superficies del filtro 22 de partículas. Sin embargo, en este caso, la línea continua que muestra la cantidad G de partículas eliminables por oxidación se desplaza algo a la derecha en comparación con la línea continua mostrada en la figura 5. En este caso, se libera oxígeno activo del NO_{2} o SO_{3} retenido en la superficie del platino Pt.

Además, también es posible utilizar como agente de liberación de oxígeno activo un catalizador que pueda absorber y retener NO_{2} o SO_{3} y liberar oxígeno activo de este NO_{2} o SO_{3} adsorbido.

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 en el filtro de partículas reaccionen y usar este NO_{2} para oxidar las partículas.

Claims

1. Método de purificación de gas de escape que comprende incluir en un filtro (22) de partículas, para eliminar partículas (62) en un gas de escape descargado de una cámara (5) de combustión, un agente (61) de liberación de oxígeno activo para absorber oxígeno y retener oxígeno cuando hay oxígeno en exceso en el entorno y liberar el oxígeno retenido en forma de oxígeno activo cuando descienda la concentración de oxígeno en el entorno, mantener normalmente una relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro de partículas normalmente pobre y, ocasionalmente, cambiarla temporalmente a rica para promover una reacción de oxidación de las partículas (62) en el filtro (22) de partículas por parte del oxígeno activo liberado del agente (61) de liberación de oxígeno activo cuando la relación aire-combustible del gas de escape se cambia a rica, y por tanto, eliminar por oxidación las partículas (62) en el filtro (22) de partículas sin emitir una llama luminosa.

2. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 1, en el que el agente (61) de liberación de oxígeno activo es un absorbente de NO_{x} para absorber NO_{x} en el gas de escape cuando una relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro (22) de partículas es pobre y liberar los NO_{x} absorbidos cuando la relación aire-combustible del gas de escape que fluye al interior del filtro (22) de partículas se vuelve la relación aire-combustible estequiométrica o rica, en el que en la reacción de oxidación promovida, se libera oxígeno del absorbente de NO_{x} y se reduce NO_{x}, y eliminando así simultáneamente los NO_{x} en el gas de escape mientras se eliminan las partículas (62) en el gas de escape.

3. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 1 ó 2, que hace que el filtro (22) de partículas elimine partículas (62) por oxidación en el filtro (22) de partículas sin emitir una llama luminosa cuando una cantidad de partículas descargadas, descargadas de una cámara (5) de combustión por unidad de tiempo, es menor que una cantidad de partículas eliminables por oxidación, que pueden eliminarse por oxidación en el filtro (22) de partículas por unidad de tiempo sin emitir una llama luminosa, y que mantiene la cantidad de partículas descargadas y la cantidad de partículas eliminables por oxidación de manera que las partículas (62) puedan eliminarse por oxidación en el filtro (22) de partículas sin emitir una llama luminosa, aunque la cantidad de partículas descargas exceda la cantidad de partículas eliminables por oxidación, cambiando, ocasionalmente, la relación aire-combustible del gas de escape a rica temporalmente.

4. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 3, en el que la cantidad de partículas eliminables por oxidación es una función de una temperatura del filtro (22) de partículas.

5. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 4, en el que la cantidad de partículas eliminables por oxidación es una función de al menos una de entre una concentración de oxígeno y una concentración de NO_{x} en el gas de escape además de la temperatura del filtro (22) de partículas.

6. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 4, en el que la cantidad de partículas descargadas eliminables por oxidación se almacena con antelación como una función de al menos la temperatura del filtro (22) de partículas.

7. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 3, que controla al menos una de entre la cantidad de partículas descargadas y la cantidad de partículas eliminables por oxidación de manera que la cantidad de partículas descargadas se vuelva menor que la cantidad de partículas eliminables por oxidación cuando la cantidad de partículas descargadas exceda la cantidad de partículas eliminables por oxidación.

8. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, que controla al menos una de entre la cantidad de partículas descargadas y la cantidad de partículas eliminables por oxidación de manera que la cantidad de partículas descargadas se vuelva menor que la cantidad de partículas eliminables por oxidación cuando la cantidad de partículas descargadas exceda la cantidad de partículas eliminables por oxidación en al menos una cantidad predeterminada.

9. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, que hace que la cantidad de partículas descargadas sea menor que la cantidad de partículas eliminables por oxidación elevando una temperatura del filtro (22) de partículas.

10. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, que hace que la cantidad de partículas descargadas sea menor que la cantidad de partículas eliminables por oxidación reduciendo una cantidad de partículas descargadas.

11. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 7, que hace que la cantidad de partículas descargadas sea menor que la cantidad de partículas eliminables por oxidación elevando una concentración de oxígeno en el gas de escape.

12. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 3, que calcula la cantidad de partículas eliminadas por oxidación que pueden eliminarse por oxidación en el filtro de partículas por unidad de tiempo sin emitir una llama luminosa y controla al menos una de entre la cantidad de partículas descargadas o la cantidad de partículas eliminadas por oxidación de manera que dicha cantidad de partículas descargadas se vuelva menor que dicha cantidad de partículas eliminadas por oxidación cuando la cantidad de partículas descargadas excede la cantidad de partículas eliminadas por oxidación.

13. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 1 ó 2, en el que en el filtro (22) de partículas se incluye un catalizador de metal precioso.

14. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 13, en el que en el filtro (22) de partículas se incluye un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, una tierra rara o un metal de transición además del catalizador de metal precioso.

15. Método de purificación de gas de escape según la reivindicación 14, en el que el metal alcalino y el metal alcalinotérreo se componen de metales de mayor tendencia a la ionización que el calcio.