BR0111705B1

BR0111705B1 - motor de combustço, e, veÍculo.

Info

Publication number: BR0111705B1
Application number: BRPI0111705-0A
Authority: BR
Inventors: Lucas Megas; Lennart Zander; Lennart Andersson; Mats Holmqvist
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2010-02-23
Also published as: US20030230072A1; SE0002229L; AU2001264507A1; JP2004503706A; US20040103643A2; JP4659330B2; US6883308B2; DE60122886T2; EP1295016B1; WO2001096718A1; EP1295016A1; BR0111705A; SE516624C2; SE0002229D0; DE60122886D1

Description

"MOTOR DE COMBUSTÃO, E, VEÍCULO"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a um motor de combustão deacordo com o preâmbulo da reivindicação 1 e, particularmente, a um motorde combustão no qual o nível de emissão de óxido de nitrogênio emitido noambiente é reduzido por meio de injeção de uréia no cano de exaustão. Apresente invenção também diz respeito a um veículo que compreende ummotor como esse.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Motores a diesel e a gasolina que são projetados para operaçãocom mistura pobre, assim chamados motores de explosão pobre, apresentamboas propriedades no que diz respeito à economia de combustível, embora,em operação normal, gerem partículas e óxidos de nitrogênio, NOx. Inúmerosmétodos previamente conhecidos podem ser utilizados a fim de reduzir aquantidade de NOx nos gases de exaustão. Por exemplo, o processo decombustão pode ser resfriado por meio de recirculação de gases de exaustão,ou pode ser feita a introdução de um meio de resfriamento na forma de águanas câmaras de combustão. Esses processos são utilizados a fim de reduzir aformação de NOx no processo de combustão. Uma outra possibilidade éreduzir a quantidade de NOx nos gases de exaustão que já foram formados.

Um método para reduzir o teor de NOx que ocorre nos gases de exaustão éreduzir NOx num conversor catalítico redutor seletivo, onde ocorre reduçãode NOx influenciado pela uréia. Dessa forma, com este propósito, a uréia éinjetada no cano de exaustão do motor de combustão, após o que ocorre areação numa câmara de reação.

Um exemplo de um dispositivo para redução de NOx nummotor de combustão está divulgado em W098/43732, cuja divulgação estáaqui incorporada como referência. A fim de se obter alta eficiência daquantidade de uréia injetada em relação à quantidade de NOx presente nocano de exaustão, é necessário que a quantidade de uréia injetada sejamisturada completamente com os gases de exaustão. Isto é de particularimportância, uma vez que o tempo de exposição dentro do cano de exaustão écurto, em decorrência da vazão relativamente alta através do sistema. Nodispositivo divulgado no documento supramencionado, uréia é injetada amontante de uma turbina localizada no cano de exaustão a fim de seconseguir uma mistura completa dos gases de exaustão e uréia.

Em decorrência do posicionamento do local de injeção amontante da dita turbina, a uréia injetada passa por todo o alojamento daturbina e, dessa forma, também nas imediações do eixo rotacional da roda deturbina que está montada nos mancais num alojamento que encerra a ditaroda de turbina. O eixo rotacional fica montado em mancais em um furotranspassante no alojamento. Quando a uréia passa por este furotranspassanté, existe um risco de a uréia penetrar no conjunto de mancai doeixo rotacional no alojamento, uma vez que a pressão interna no alojamento émaior do que a pressão ambiente. Uma vez que a uréia é muito reativa eagressiva, existe um risco de a uréia degradar o conjunto de mancai, bemcomo as vedações e lubrificantes que se encontram nele.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

O objetivo da presente invenção é fornecer um motor decombustão no qual uréia é injetada no cano de exaustão do motor decombustão, onde a mistura completa de uréia e gases de exaustão é providapor meio da passagem, pelo menos, parcial por um estágio de turbina, e ondeo risco de o conjunto de mancai, vedações e lubrificante de um eixorotacional de uma roda de turbina incluída no dito estágio de turbina serdegradado é reduzido. Este objetivo é alcançado por meio de um motor decombustão interna de acordo com a parte de caracterização da reivindicação1. Arranjando-se um injetor para injetar uréia no alojamento que encerra aroda de turbina incluída no estágio de turbina, a injeção é capacitada numaposição tal que o risco de o conjunto de mancai, vedações de lubrificante doeixo de rotação ser degradado é reduzido.

Numa modalidade preferida, o dito injetor fica arranjado nacâmara que encerra a dita roda de turbina, preferivelmente, a jusante dodiâmetro maior da roda de turbina. Arranjando-se o jato do injetor numaregião onde a pressão estática é menor do que a pressão estática no dito furotranspassante do dito eixo rotacional, o risco de o dito furo transpassante serexposto à uréia é reduzido ainda mais.

Além do mais, de acordo com uma outra modalidade preferidada invenção, o jato do injetor fica posicionado no alojamento da turbina numaposição em que um trajeto de fluxo médio não vai além do furo transpassantedo eixo da turbina. Isto significa que o jato do injetor pode ficar localizado amontante do diâmetro maior da roda de turbina, e que a pressão estática nojato do injetor pode exceder a pressão estática no furo transpassante do eixode turbina, mas que existe uma alta probabilidade do trajeto de partícula dauréia injetada não ir além do dito furo transpassante, em que se obtém umaredução da exposição do furo transpassante à uréia, e o risco de o conjunto demancai, vedações e lubrificantes serem degradados é reduzido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A seguir, a invenção será descrita em mais detalhe comreferência aos desenhos anexos, em que:

A figura 1 mostra uma ilustração esquemática de um motor decombustão de acordo com a invenção,

A figura 2 mostra uma ampliação da região I da figura 1, e

A figura 3 mostra uma ilustração bidimensional simplificadada pressão em diferentes posições no interior do alojamento da turbina.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

A figura 1 é uma representação esquemática de um motor decombustão 1. O motor de combustão 1 é constituído, preferivelmente, por ummotor a diesel, alternativamente um motor a gasolina, que é adaptado paraoperação com mistura pobre, um assim chamado motor de explosão pobre.

Um tubo de admissão 2 fica conectado ao motor de combustão para suprir arao motor. Além do mais, um cano de exaustão 3 fica conectado aos orifíciosde descarga do motor de combustão 1. O motor de combustão 1 é de um tipoconvencional, que é a razão pela qual os demais componentes necessáriospara a operação do motor não estão descritos em mais detalhes.

Um alojamento de turbina 4 fica conectado ao cano deexaustão 3. A conexão entre o alojamento da turbina 4 e o cano de exaustão 3pode ser projetada como um flange de união 5, por meio do qual o alojamentoda turbina 4 e o cano de exaustão 3 são conectados. Dessa maneira, oalojamento da turbina apresenta uma abertura de admissão 6 e uma aberturade descarga 7 conectada a um cano de exaustão. Uma câmara 8, na qual umaroda de turbina 9 fica arranjada, fica localizada entre a abertura de admissão 6e a abertura de descarga. A roda de turbina 9 é suportada por um eixorotacional 10 que se estende por um furo transpassante 11 no alojamento daturbina 4.

A figura 2 mostra uma modalidade do conjunto de mancai doeixo rotacional 10 no furo transpassante 11 em mais detalhe. Próximo aoorifício do furo transpassante 11 na câmara 8, fica arranjado um elemento devedação 12, que previne o vazamento da câmara 8 para o ambiente. Além dadegradação supramencionada do lubrificante no conjunto de mancai do eixorotacional 10, um vazamento no cano de exaustão também resulta em perdade potência, uma vez que uma perda de pressão ocorre no cano de exaustãosem nenhuma possibilidade de recuperar a energia nos gases de exaustão. Nadireção do orifício do furo transpassante 11 na câmara 8, o elemento devedação 12 se apoia numa protuberância 13 arranjada no alojamento 4. Aextremidade do elemento de vedação voltada para fora do dito orifício seapoia num elemento espaçador 14, que pode ser constituído por uma parte deum conjunto de mancai 15. Numa modalidade, o conjunto de mancai éconstituído por um mancai comum convencional 15 que fica preso por meiode uma arruela de pressão 17 encaixada num entalhe 18.

Além do mais, de acordo com a invenção, o alojamento daturbina 4 é provido com um orifício 19 de um injetor 20 para injetar uréia noalojamento da turbina 4, enquanto o motor de combustão 1 estiver numacondição operacional predeterminada. A fim de verificar se a injeção é feitada maneira correta, de acordo com uma modalidade da invenção, o ditoinjetor 20 fica conectado a uma unidade de controle 21 que, via um conjuntode canais de entrada 22, obtém informação sobre dados relevantes do veículoou do motor, tais como carga, velocidade do motor, temperatura do motor,etc. A unidade de controle é de um tipo que é previamente conhecido per see, portanto, não descrito em mais detalhe.

Também, o injetor 20 é de um tipo que é previamenteconhecido per se e, conforme o mostrado na figura 1, pode compreender umpistão 24 arranjado dentro de um cilindro 23. O pistão 24 divide o ditocilindro em uma primeira parte voltada para um orifício 25 que forma umduto juntamente com um duto de um furo transpassante localizado no ditoalojamento da turbina 4 que termina no dito orifício 19, e uma segunda parteque compreende um meio 28 para pressurizar a uréia contida na dita primeiraparte, em que a uréia é impelida a ser injetada no alojamento da turbina 4.Convenientemente, o dito injetor 20 é conectado ao alojamento da turbina 4aparafusando-se um parafuso (não mostrado) no dito injetor num recesso comuma rosca interna localizada no alojamento da turbina 4. Um duto dealimentação 26, que conecta um recipiente de uréia 27 à dita primeira partedo cilindro 23, fica arranjado para alimentar uréia à dita primeira parte docilindro 23. Pelo dito meio 28 para pressurizar a uréia na dita primeira partedo cilindro 23 que age no pistão 24, o pistão força a uréia para dentro doalojamento da turbina 4. Numa outra modalidade da invenção, o dito injetor20 é constituído por uma válvula abre/fecha que abre e fecha um orifício deentrada que vai dar no alojamento da turbina 4. Uma bomba convencionalpode ficar arranjada para pressurizar a dita uréia a fim de permitir otransporte ao interior do alojamento da turbina 4.

Além do mais, de acordo com a invenção, o jato do injetor ficaarranjado no alojamento da turbina. Numa modalidade preferida, o jato doinjetor fica colocado na câmara 8 que encerra a roda de turbina. Numa outramodalidade preferida, o jato do injetor fica colocado a jusante do diâmetromaior da roda de turbina 9. Em decorrência desta posição, a passagem deuréia pelo furo transpassante 11 no alojamento da turbina 4 para o eixorotacional 10 se torna mais difícil, em que a degradação do conjunto demancai, vedações e lubrificantes colocados no furo transpassante é reduzida.

Numa outra modalidade preferida, o dito injetor descarregadentro da dita câmara numa região em que a pressão estática é menor do quea pressão estática no dito furo transpassante para o dito eixo rotacional. Emdecorrência desta posição, a exposição do dito furo transpassante à uréia éreduzida ainda mais.

Em ainda uma outra modalidade da invenção, o dito injetordescarrega no dito alojamento a partir de uma posição em que o trajeto defluxo médio não vai além do dito furo transpassante. Com relação a isto,"trajeto de fluxo médio" se refere ao trajeto que uma partícula com uma certaenergia cinética e direção de movimento apresentará quando for introduzidana corrente de gás de exaustão. Uma vez que o fluxo é turbulento, o trajetonão será idêntico em cada caso. Dessa forma, "trajeto de fluxo médio" serefere ao trajeto que uma média das partículas introduzidas apresentará. "Iralém do furo transpassante do eixo rotacional" significa que um trajeto departícula passa por uma camada de contorno em volta do furo transpassanteonde a probabilidade de passagem pelo furo transpassante até dentro doconjunto de mancai do eixo rotacional é alta. Esta camada de contorno érelativamente fina e de magnitude de 1 a 10 mm.

A figura 3 mostra um diagrama simplificado da pressãoestática pelo alojamento da turbina. A pressão estática ρ em função de umacoordenada longitudinal transformada z, que tem seu valor zero na aberturade admissão 6 do alojamento da turbina, e o valor Z1 na abertura de descarga7 do alojamento da turbina. Certamente, existe também uma variação depressão numa direção radial da turbina que, apesar disso, está negligenciada,a fim de fornecer uma ilustração simples da variação de pressão. A pressãoestática no furo transpassante 11 do eixo rotacional 10 é p(z)2. O jato doinjetor pode ficar situado em diferentes posições no alojamento da turbina,por exemplo, na posição zmj, em que a pressão estática excede a pressãoestática no dito furo transpassante, ou na posição Zm2, em que a pressãoestática é menor do que a pressão estática no dito furo transpassante. Caso ojato do injetor fique posicionado na posição Zmb isto é, onde a pressãoestática excede a pressão estática no dito furo transpassante, o injetor fica,preferivelmente, direcionado a jusante, em que o risco de exposição à uréia éreduzido no dito furo transpassante. Caso o jato do injetor fique posicionadobem a jusante, com um risco muito pequeno de exposição à uréia, tal como naposição Zm3, o jato do injetor pode ser direcionado para cima, a fim demelhorar o grau de mistura de uréia e gás de exaustão. Em relação a isto, avelocidade inicial da uréia injetada deve ser adaptada de uma maneira tal queum trajeto de fluxo médio não vá além do furo transpassante 11.

Claims

1. Motor de combustão compreendendo um cano de exaustão,um alojamento da turbina conectado ao dito cano de exaustão, o qualapresenta uma abertura de admissão, uma abertura de descarga, uma câmaralocalizada no alojamento da turbina entre as ditas abertura de admissão eabertura de descarga na qual uma roda de turbina fica arranjadarotacionavelmente num eixo rotacional, o qual fica montado em mancais nodito alojamento e que se estende por um furo transpassante na dita câmara, eum injetor para injetar uréia, enquanto o motor de combustão estiver numacondição operacional predeterminada, nos gases de exaustão gerados pelomotor de combustão, caracterizado pelo fato de que o dito injetor descarregadentro do dito alojamento da turbina.

2. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dito injetor descarrega dentro da dita câmara.

3. Motor combustão de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dito injetor descarrega dentro da dita câmaraa jusante do diâmetro maior da roda de turbina.

4. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dito injetor descarrega dentro da dita câmaranuma região em que a pressão estática é menor do que a pressão estática nodito furo transpassante do dito eixo rotacional.

5. Motor de combustão de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito injetordescarrega dentro do dito alojamento a partir de uma posição em que o trajetode fluxo médio não vai além do dito furo transpassante.

6. Motor de combustão de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito injetordescarrega dentro do dito alojamento da turbina numa posição em que apressão estática excede a pressão estática no dito furo transpassante, e o ditoinjetor fica direcionado a jusante, em que o risco de exposição à uréia éreduzido no dito furo transpassante.

7. Motor de combustão de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dito injetordescarrega dentro do dito alojamento da turbina numa posição em que apressão estática é menor do que a pressão estática no dito furo transpassante,o dito injetor fica direcionado a montante, e em que o dito meio parapressurizar uréia se destina a dar à uréia injetada uma energia cinética menordo que um valor limite, tal que a uréia não possa ir além do dito furotranspassante.

8. Motor de combustão de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o motor de combustãoé constituído por um motor de pistão.

9. Motor de combustão de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o motor de pistão é constituído por um motor adiesel de injeção direta.

10. Veículo, caracterizado pelo fato de que compreende ummotor de combustão como definido em qualquer uma das reivindicações de 1a 9.