BR102013031896B1

BR102013031896B1 - Método e dispositivo para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado

Info

Publication number: BR102013031896B1
Application number: BR102013031896-5A
Authority: BR
Inventors: Andreas Doring
Original assignee: Man Truck & Bus Ag
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN103867323A; BR102013031896A2; RU2013155072A; EP2743470A1; DE102012024260A1; CN103867323B; RU2652264C2; EP2743470B1

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA AUMENTAR A TEMPERATURA DO GÁS DE EXAUSTÃO NO TRATO DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA TURBINADO. A invenção refere-se a um método e a um dispositivo para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado (1), em particular para veículos a motor, tendo uma unidade de purificação de gás de exaustão (8) posicionada a jusante, tendo um dispositivo de aquecimento (10) que pode ser ativado quando necessário e que é alimentado com ar proveniente da linha de pressão de carga (2) do motor de combustão interna (1) em fases nas quais a pressão de carga é alta o suficiente para que uma quantidade adequada e/ou definida de carga de ar possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento (10), em que o ar aquecido no dispositivo de aquecimento (10) é introduzido no interior do trato de exaustão a montante da unidade de purificação de gás de exaustão (8). De acordo com a invenção, o dispositivo de aquecimento (10) é alimentado com um fluxo de gás de exaustão definido proveniente do aparelho de gás de exaustão do motor de combustão interna (1), em particular um fluxo de gás de exaustão que é (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado, em particular para veículos a motor, como pelo preâmbulo da reivindicação de patente 1, e para um dispositivo e um motor de combustão interna para executar um tal método, como pelo preâmbulo da reivindicação 11.

[002] Para minimizar a emissão de partículas finas contendo carbono, os então chamados separadores de partículas ou filtros de partículas são comumente utilizados em veículos. Um típico separador de partículas disposto nos veículos é conhecido, por exemplo, a partir da EP 10 727 65 A2. Tais separadores de partículas diferem dos filtros de partículas em que o fluxo do gás de exaustão é conduzido ao longo das estruturas de separação, enquanto no caso dos filtros de partículas, o gás de exaustão deve fluir através do meio filtrante. Como um resultado dessa diferença, os filtros de partículas tendem a se tornarem bloqueados, o que aumenta a contrapressão do gás de exaustão, o que significa dizer que gera um aumento de pressão indesejado na válvula de escape do gás de exaustão de um motor de combustão interna, que por sua vez reduz a força do motor e resulta em um aumento do consumo de combustível no motor de combustão interna. Um exemplo de um tal arranjo de filtro de partículas é conhecido a partir da EP 03 418 32 A2.

[003] Em ambas as organizações descritas acima, um conversor catalítico de oxidação disposto em cada caso a montante do separador de partículas ou do filtro de partículas respectivamente oxida o monóxido de nitrogênio (NO) no gás de exaustão com o auxílio do oxigênio residual (O2) do mesmo modo presente nele para formar o dióxido de nitrogênio (NO2), especificamente pela equação a seguir: 2 NO + O2 < - > 2 NO2

[004] Deve ser notado aqui que o equilíbrio da reação acima reside no lado do NO em altas temperaturas. Isto, por sua vez, resulta que as frações de NO2 exequíveis em altas temperaturas sejam limitadas devido a essa restrição termodinâmica.

[005] O NO2 é, por sua vez, convertido, no filtro de partículas, com as partículas finas contendo carbono para formar CO, CO2, N2 e NO. Uma remoção contínua das partículas finas acumuladas é então realizada com a ajuda do poderoso oxidante NO2, tal que os ciclos de regeneração, tal como deve ser realizado de uma maneira ineficiente no caso de outros arranjos, possa ser dispensado. Neste contexto, isto é referido como uma regeneração passiva, como pela equação abaixo: 2 NO2 + C - > 2 NO + CO2 NO2 + C - > NO + CO 2 C + 2 NO2 - > N2 + 2 CO2

[006] Além do NO2, SO3 também é formado nos conversores catalíticos de oxidação de NO contendo platina a partir do enxofre contido no combustível e/ou no óleo de motor. A condensação de NO2 e SO3, em locais frios no trato de exaustão, para formar respectivamente um ácido nítrico e sulfúrico altamente corrosivo, tais que, nos filtros de partículas, o sistema de exaustão deve ser formado a partir de aço de alta qualidade com o objetivo de evitar corrosão.

[007] Se uma completa oxidação do carbono acumulado no filtro de partículas não é obtida com o auxílio do NO2, a fração de carbono e, desta maneira, a contrapressão do gás de exaustão aumenta continuamente. Para evitar isso, atualmente, os filtros de partículas vêm crescentemente sendo fornecidos com um revestimento catalítico para a oxidação do NO (EP 03 418 32 A2). Estes são, especificamente, catalisadores contendo platina. A desvantagem deste método, de qualquer maneira, consiste em que o NO2 formado no filtro de partículas pode ser utilizado somente para a oxidação de partículas que tenham sido depositadas a jusante do revestimento cataliticamente ativo para a oxidação de NO, o que significa dizer dentro do meio filtrante. Por contraste, se uma camada de partículas depositadas, um então chamado bolo de filtro, se forma sobre a superfície do filtro e, desta forma, sobre a camada cataliticamente ativa, o lado de filtro de partícula do conversor catalítico de oxidação de NO é situado a jusante do bolo de filtro, tal que a fuligem de partículas depositada nele não pode ser oxidada com a ajuda do NO2 a partir do conversor catalítico de oxidação de NO aplicado ao filtro de partículas. Além disso, falando estritamente, somente a camada de catálise aplicada ao lado do gás não tratado contribui para a performance do sistema, porque o NO2 cataliticamente formado sobre o lado de gás limpo pode não mais entrar em contato com a fuligem depositada sobre o lado de gás não tratado e dentro do material de filtro.

[008] Um outro problema do revestimento do filtro de partículas consiste em que as superfícies geométricas do filtro são consideravelmente menores do que aquelas dos substratos de conversores catalíticos utilizados convencionalmente. A razão para isso é que os filtros requerem seções de cruzamento livres relativamente maiores e, desta forma, volumes livres no lado de gás não tratado com o objetivo de acumular fuligem e cinzas de óleo do motor. Se substratos de filtro de cerâmica forem utilizados, isto é percebido por meio de uma densidade de célula alta de 50 cpsi a 200 cpsi. Em contraste, conversores catalíticos puros são normalmente formados com células de densidade de 400 cpsi a 900 cpsi. O aumento de 50 cpsi para 900 cpsi produz um aumento da área de superfície geométrica de 1 m2/l para 4 m2/l, como um resultado de que um aumento consideravelmente em conversão nos conversores catalíticos se torna possível.

[009] Por essas razões, a despeito do revestimento catalítico do filtro, não é possível dispensar com um conversor catalítico de oxidação de NO a montante do filtro de partícula, resultando em um volume estrutural relativamente grande. Este é o caso mesmo se o conversor catalítico de oxidação de NO e os filtros de partículas formarem uma unidade estrutural em que a região de entrada do filtro de partículas é formada como um conversor catalítico de oxidação de NO, como é descrito, por exemplo, no DE 103 270 30 A1.

[0010] Apesar de, por meio das referidas medições, uma oxidação da fuligem é de fato possível mesmo até temperaturas de 250°C, existem, não obstante, aplicações nas quais mesmo essas temperaturas de gás de exaustão não podem ser alcançadas, e, desta maneira, o funcionamento confiável do filtro de partículas não pode ser assegurado. Isto normalmente ocorre no caso de motores pouco carregados instalados em veículos, por exemplo, em veículos a motor para passageiros, ônibus de serviço ou caminhões de lixo, que adicionalmente exibem longos períodos de ociosidade. Consequentemente, especialmente em tais casos, é feito uso de uma segunda opção para a regeneração de filtros de partículas, em que a temperatura do gás de exaustão é aumentada ativamente. Isto é normalmente realizado pela medição a montante de hidrocarbonetos (HC) dos conversores catalíticos, em particular dos conversores catalíticos de oxidação de HC. Um aumento considerável de temperatura é obtido como um resultado desta ação exotérmica ou oxidação dos hidrocarbonetos nos conversores catalíticos.

[0011] Se uma temperatura aumenta para mais de 600°C é realizada, desse modo, uma oxidação ou queima do carbono depositado no filtro de partículas ocorre com o auxílio do oxigênio, como pela equação que se segue: C + O2 -> CO2

[0012] De qualquer maneira, com a referida então chamada regeneração de filtro ativo, há o risco da queima exotérmica da fuligem contendo carbono levando a um intenso aumento de temperatura para até 1000°C, e desta forma normalmente danificando o filtro de partículas e/ou os conversores catalíticos a jusante. Uma vez que, além disso, a temperatura que aumenta seja mantida por vários minutos com o objetivo de garantir a oxidação quantitativa das partículas de fuligem, a demanda por hidrocarbonetos não é insignificante e prejudica a eficiência do motor de combustão interna, porque o combustível é utilizado normalmente como uma fonte de hidrocarbonetos.

[0013] Uma simples combinação dos dois referidos tipos de regeneração, com os hidrocarbonetos sendo mensurados a montante dos conversores catalíticos de oxidação de NO, não é oportuno:

[0014] Como um resultado do aumento de temperatura para acima dos 600°C, dificilmente qualquer NO2 é formado nos conversores catalíticos de oxidação de NO devido à restrição termodinâmica. Além disso, a oxidação de NO é impedida pela alta quantidade de hidrocarbonetos, resultando em uma severa redução na formação de NO2. Isto tem o efeito de que as partículas devem ser oxidadas somente com o auxílio do oxigênio, porque não há nenhum NO2 disponível nesta fase, que alongue o tempo de regeneração.

[0015] Ao mesmo tempo, conversores catalíticos de oxidação de NO são muito menos estáveis no que se refere a danos térmicos do que os conversores catalíticos para oxidação de hidrocarbonetos, porque, em temperaturas acima de 550°C, ocorrem irreversíveis sinterizações de componentes ativos, com o resultado em uma diminuição na atividade de oxidação de NO.

[0016] Além dos referidos queimadores catalíticos, pode ser feito uso de queimadores convencionais com uma chama aberta ou queimadores de poros, em que, aqui, de qualquer maneira, existe a desvantagem de que um fornecimento de ar externo seja necessário para a operação dos mesmos, porque esses, por contraste com um queimador catalítico, podem ser operados somente na presença de um alto excesso de ar adequado. O referido suprimento de ar é normalmente garantido com o auxílio de compressores ou ventiladores.

[0017] Um método de um tipo genérico é descrito, por exemplo, no EP 1 253 300 A1, no qual um queimador, para o qual o combustível e o ar podem ser fornecidos conforme necessário, aumenta a temperatura do gás de exaustão a montante de uma unidade de purificação de gás de exaustão, que é fornecida no trato de exaustão e tem, por exemplo, um filtro de partículas e/ou conversores catalíticos, para um valor que reside acima de uma temperatura de arranque da referida unidade de purificação de gás de exaustão. Em particular, o queimador é ativado na presença de estados de operação tais como uma ociosidade ou baixa carga de um motor de combustão interna, no qual a temperatura do gás de exaustão é muito baixa para uma efetiva conversão de constituintes indesejáveis do gás de exaustão. Isto é crítico, por exemplo, no caso de veículos que são operados frequentemente em ociosidade ou para transporte a uma distância extremamente curta.

[0018] O ar fornecido para o queimador pode, pelos métodos conhecidos, ser extraído por meio de um ventilador ou por meio de uma linha de ar de combustão que fornece um suprimento para o motor de combustão interna, ou no caso de um motor de combustão interna turbinado, a partir de uma linha de pressão de carga. Aqui, de qualquer maneira, deve ser garantido que a pressão do ar conduzido ao queimador é mais alta do que a pressão do gás de exaustão na linha de exaustão; pelo menos se um suprimento é fornecido por meio da linha de pressão de carga, de qualquer maneira, este pode não ser o caso em certos estados de operação do motor de combustão interna.

[0019] O DE 10 2008 032 604 A1 descreve um processo de ajustamento de um estado de um fluxo de gás de exaustão de um motor de combustão interna de um veículo motorizado com uma fonte de ar comprimido para gerar um fluxo de massa de ar para o abastecimento do motor de combustão interna com ar de combustão, por meio de um queimador que desemboca em um local de junção do fluxo de gás de exaustão. O queimador pode ser fornecido com ar fresco que é desviado a jusante de um compressor de um turbocompressor e a montante de um refrigerador de ar de carga.

[0020] É um objetivo da invenção propor um método de um tipo genérico que, com meios estruturalmente simples, permita uma regeneração confiável da unidade de purificação de gás de exaustão e/ou uma efetiva conversão dos constituintes indesejáveis do gás de exaustão em todos os estados de operação do motor de combustão interna. Além disso, tenta-se especificar um dispositivo vantajoso e um motor de combustão interna para executar o método.

[0021] O referido objeto é alcançado por meio de recursos das reivindicações de patente independentes. As respectivas sub- reivindicações se relacionam com modalidades e refinamentos vantajosos.

[0022] De acordo com a reivindicação 1, um método é proposto para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado, em particular para veículos a motor, tendo uma unidade de purificação de gás de exaustão posicionada a jusante, tendo um dispositivo de aquecimento que pode ser ativado quando necessário e que é alimentado com ar a partir de uma linha de pressão de carga do motor de combustão interna em fases nas quais a pressão de carga é alta o suficiente para que uma quantidade de carga de ar definida e/ou adequada possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento, em que o ar aquecido no dispositivo de aquecimento é introduzido no interior do trato de exaustão a montante da unidade de purificação de gás de exaustão. É proposto de acordo com a invenção que o dispositivo de aquecimento é alimentado com um fluxo de gás de exaustão definido a partir do aparelho de gás de exaustão do motor de combustão interna em outros estados de operação ou pelo menos em estados de operação do motor de combustão interna em que a carga de pressão não é alta o suficiente para que uma quantidade de carga de ar definida e/ou adequada possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento. É particular e preferivelmente possível aqui para um fluxo de gás de exaustão bifurcar a partir de uma linha de gás de exaustão a montante da turbina de gás de exaustão.

[0023] É, desta forma, proposto de acordo com a invenção que, em estados de operação do motor de combustão interna com uma pressão de carga definidamente baixa, o dispositivo de aquecimento seja conectado a uma linha de exaustão do motor de combustão interna, preferencialmente a montante da turbina de gás de exaustão, com o objetivo de permitir um suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento em todos os momentos mesmo em estados de operação sem uma pressão de carga adequada. Um ventilador avulso não é necessário para este propósito.

[0024] Em particular, no caso de motores de combustão interna de injeção direta (motores a diesel ou de ciclo Otto) operados com excesso de ar, é o caso, por exemplo, em estados de operação de ociosidade, carga parcial, etc., que oxigênio adequado esteja presente (lambda > 1) para ser capaz de alcançar o aumento de temperatura desejado no gás de exaustão e, por exemplo, ser capaz de executar uma regeneração otimizada de um filtro de partículas e/ou manter uma conversão melhorada dos constituintes indesejáveis do gás de exaustão.

[0025] Em um refinamento vantajoso, pode ser fornecido, no caso de um motor de combustão interna multicilindro, que pelo menos um cilindro ou a linha individual do mesmo esteja conectada ao dispositivo de aquecimento por meio de um elemento de atuação. O elemento de atuação pode ser preferencialmente uma simples válvula de interrupção, por exemplo, uma aba borboleta, que conecta a linha de exaustão ao dispositivo de aquecimento quando necessário. O mesmo se aplica, se apropriado, à linha de alimentação de ar que é conectada à linha de pressão de carga do motor de combustão interna.

[0026] Em estados de operação definidos do motor de combustão interna, pode ainda ser vantajoso para o suprimento de combustível para o, pelo menos, um cilindro do motor de combustão interna ser parcialmente ou inteiramente parado quando o elemento de atuação for ativado. Isto não é de importância com relação à força do motor de combustão interna porque a força de acionamento regular não é necessária em qualquer caso em estados de operação tais como a ociosidade ou parte da carga; o suprimento de oxigênio para o dispositivo de aquecimento pode, por essa razão, ser influenciado de uma maneira direcionada.

[0027] Como um dispositivo de aquecimento, o uso pode preferencialmente ser feito, em uma maneira conhecida per se, de um queimador para o qual um combustível é alimentado, por exemplo, um queimador com uma chama aberta, um queimador de poros ou um queimador catalítico, o suprimento de meio de operação, em particular o suprimento de combustível, do qual é regulado como uma função de parâmetros de operação do motor de combustão interna e/ou de uma sonda lambda a jusante do queimador e/ou de uma sonda lambda a jusante do motor de combustão interna e/ou de um sensor de massa de ar a montante do queimador. De qualquer maneira, o dispositivo de aquecimento poderia também, se apropriado, ser operado por meio elétrico e aquecer o suprimento de ar introduzido no trato de exaustão.

[0028] Dentro de uma linha coletora de gás de exaustão de múltiplos cilindros do motor de combustão interna pode ser incorporada, em um refinamento particularmente vantajoso, uma válvula borboleta que controla o fluxo de travessia da linha de exaustão de, pelo menos, um cilindro. A válvula borboleta (por exemplo, uma aba borboleta) pode controlar o fluxo de saída a partir do, pelo menos, um cilindro de forma que seja maior ou menor até o ponto em que esteja completamente interrompido, tal que o cilindro, em efeito como um compressor, entrega o gás de exaustão diretamente para o dispositivo de aquecimento de maneira que a pressão seja controlada. Desta forma, é possível de uma maneira estruturalmente simples para o dispositivo de aquecimento ser alimentado com um suprimento que é controlado em termos de uma massa de ar, de um fluxo de travessia ou de pressão.

[0029] Além disso, também é possível para regular a válvula, em particular uma válvula borboleta, ser fornecido na linha de conexão entre a linha de pressão de carga e o dispositivo de aquecimento com o objetivo de fornecer um parâmetro de regulação adicional para o suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento.

[0030] Pelo menos a pressão de carga e/ou a pressão de gás de exaustão e/ou uma diferença de pressão entre os dois e/ou o valor lambda do gás de exaustão a jusante das câmaras de combustão do motor de combustão interna podem ser utilizados como variáveis de regulação para a ativação dos elementos de atuação e das válvulas borboletas para alimentar com ar o dispositivo de aquecimento e/ou para o controle das taxas de conversão da unidade de purificação do gás de exaustão. Além disso, a velocidade rotacional do motor e/ou a quantidade de injeção de combustível e/ou a massa de ar flui através do motor e/ou o dispositivo de aquecimento pode ser detectado e considerado, em termos de tecnologia de regulação, para o controle do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento.

[0031] Para esse propósito, pode, além disso, ser vantajoso para o, pelo menos, um turbocompressor de gás de exaustão do motor de combustão interna ter uma geometria de turbina variável, e para o ajuste do mesmo ser avaliado como uma variável de regulação para o controle do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento. Uma vez que a posição do elemento de regulação da turbina de gás de exaustão sinaliza a taxa de entrega do mesmo e a pressão a montante da turbina do gás de exaustão, isto pode ser vantajosamente utilizado para o controle do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento como um parâmetro de regulação.

[0032] A reivindicação 11 propõe um dispositivo para a execução de um método para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um turbocompressor ou de um motor de combustão interna turbinado por gás de exaustão, em particular para veículos a motor, preferencialmente operando sob o princípio dos ciclos Otto ou diesel com injeção de combustível direta no interior das câmaras de combustão, o referido dispositivo tendo pelo menos um turbocompressor de gás de exaustão, cuja turbina de gás de exaustão está conectada com o trato de exaustão do motor de combustão interna a montante de uma unidade de purificação de gás de exaustão, em particular um conversor catalítico de oxidação e/ou um filtro de partículas de diesel e/ou um conversor catalítico seletivo. Um compressor do turbocompressor de gás de exaustão entrega uma carga de ar por meio de uma linha de pressão de carga para as câmaras de combustão. Além disso, um dispositivo de aquecimento é fornecido a montante da unidade de purificação de gás de exaustão com o propósito de aumentar a temperatura do gás de exaustão quando necessário por meio de um suprimento de ar proveniente da linha de pressão de carga, cujo dispositivo de aquecimento é adicionalmente conectado por meio de um elemento de atuação controlável e de uma linha de gás de exaustão para o trato de exaustão, em particular está conectado ao trato de exaustão a montante da turbina de gás de exaustão.

[0033] Aqui, uma válvula borboleta que controla a produtividade pode ser fornecida na linha de exaustão para o dispositivo de aquecimento e, se apropriado, na linha de alimentação para a carga de ar para o dispositivo de aquecimento, por meio da qual a válvula borboleta do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento pode ser ajustada de uma maneira particularmente simples em termos de tecnologia de controle e estrutura.

[0034] Além disso, a válvula borboleta do lado do gás de exaustão pode ser disposta em uma linha de coleta de gás de exaustão a jusante da linha individual do, pelo menos, um cilindro do motor de combustão interna, e desta forma controlar de forma direcionada a produtividade de gás de exaustão ou o fluxo de massa de gás de exaustão na quantidade desejada. O, pelo menos, um turbocompressor de gás de exaustão pode ter uma turbina de gás de exaustão com uma geometria de turbina variável.

[0035] Finalmente, os elementos de atuação e/ou as válvulas borboletas podem ser conectados a uma unidade de controle de motor eletrônica por meio do que os elementos de atuação e/ou as válvulas borboletas são controlados como uma função de parâmetros específicos do motor (velocidade rotacional do motor, temperatura, pressão de carga, etc.), e se apropriado parâmetros específicos de orientação apropriados (por exemplo, estado de carga, operação ociosa, operação sobrecarregada, etc.). A unidade de controle do motor pode preferencialmente ser uma unidade de controle do motor já existente no veículo a motor, que, com base nos parâmetros de controle já existentes, precisa meramente ser correspondentemente modificada para, por exemplo, a medição de combustível.

[0036] Uma modalidade exemplar da invenção será explicada em mais detalhes abaixo com base nas figuras em anexo. A figura mostra um motor de combustão interna multicilindro tendo um turbocompressor de gás de exaustão, uma linha de pressão de carga, um trato de exaustão com uma unidade de purificação de gás de exaustão e um queimador para aumentar a temperatura do gás de exaustão a montante do dispositivo de purificação de gás de exaustão.

[0037] Especificamente, a figura única mostra um motor de combustão interna de quatro cilindros turbinado com gás de exaustão 1 para um veículo a motor ou um veículo utilitário, cujo motor de combustão interna pode, por exemplo, ser um motor de combustão interna a diesel e que, a menos que seja descrito de outra maneira, é de construção conhecida.

[0038] O motor de combustão interna 1 é alimentado com ar de combustão por meio de uma linha de pressão de carga 2, em que a linha de pressão de carga 2 é conectada a um compressor 3 de um turbocompressor de gás de exaustão 4. De uma maneira conhecida, o compressor 3 extrai no ar ambiente por meio de um filtro de ar e força o referido ar para o interior das câmaras de combustão (não ilustradas) do motor de combustão interna 1.

[0039] O compressor 3 é direcionado por meio de uma turbina de gás de exaustão 5 que é projetada de uma maneira conhecida e que é fornecida, por exemplo, com uma geometria de turbina variável (uma grelha de guia ajustável) e que é conectada no interior do trato de exaustão do motor de combustão interna 1.

[0040] O trato de exaustão é composto por um coletor de escape 6, que é conectado do lado de válvula de escape das câmaras de combustão do motor de combustão interna, e, para a ilustração estendida, uma linha de exaustão 7 que procede a partir da turbina de gás de exaustão 5.

[0041] Na modalidade exemplar, existe, integrada dentro da linha de exaustão 7, uma unidade de purificação de gás de exaustão 8 com, como vista na direção de fluxo de gás de exaustão, um conversor catalítico de oxidação DOC, um filtro de partículas a diesel DPF, e um conversor catalítico SCR para redução de NOx. O trato de exaustão a que se chega a partir destes não é ilustrado.

[0042] A montante da unidade de purificação de gás de exaustão 8, há conectada à linha de exaustão 7 uma linha de aquecimento 9 por meio da qual o ar aquecido por um dispositivo de aquecimento, ou neste caso por um queimador 10, pode ser alimentado com o objetivo de aumentar a temperatura do gás de exaustão do motor de combustão interna 1 de uma forma definida.

[0043] O combustível, por exemplo, é injetado no interior do queimador 10 como uma função da massa de ar alimentada. Para o suprimento do ar, o queimador é conectado por meio de uma linha de alimentação 11 à linha de pressão de carga 2. Além disso, uma válvula borboleta controlável 12 (por exemplo, uma aba borboleta) é fornecida na linha de alimentação 11, por meio da válvula borboleta a taxa de fluxo de travessia pode ser controlada.

[0044] Também conectada ao queimador 10 está uma linha de exaustão 13 que se bifurca a partir de uma linha coletora 6a do coletor de escape 6. Incorporada à linha coletora 6a, por exemplo, entre as duas linhas individuais finais 6b se estendendo a partir dos cilindros do motor de combustão interna 1, está uma válvula borboleta 14 (por exemplo, uma aba borboleta) por meio da qual o cilindro final do motor de combustão interna 1 ou o gás de exaustão do mesmo pode ser separado por uma maior ou menor extensão a partir do resto do trato de exaustão levando à turbina do gás de exaustão 5.

[0045] Além disso, na linha de exaustão 13 para o queimador 10, há o fornecimento de um elemento de atuação 15 por meio do qual a linha de exaustão pode ser interrompida.

[0046] Durante a operação regular do motor de combustão interna 1, com uma produção de força relativamente alta, a temperatura do gás de exaustão a montante da unidade de purificação de gás de exaustão 8 reside acima da temperatura de arranque do mesmo (por exemplo, 450°C) e é, desta forma, alta o suficiente para efetuar a conversão desejada dos constituintes do gás de exaustão. A válvula borboleta 12 na linha de alimentação de ar 11 e o elemento de atuação 15 na linha de exaustão 13 são fechados, e o suprimento de combustível para o queimador 10 é interrompido.

[0047] Se, no caso de uma pressão de carga adequadamente alta na linha de pressão de carga 2 (por exemplo, quando o motor de combustão interna 1 não está a uma temperatura de operação), a temperatura do gás de exaustão está para ser aumentada, a válvula borboleta 12 é aberta, o combustível é injetado no queimador 10 de acordo com a taxa de fluxo de massa de ar alimentado, e o ar aquecido desta maneira é introduzido por meio da linha de aquecimento 9 no interior da linha de exaustão 7 a montante da unidade de purificação de gás de exaustão 8. O suprimento do ar a partir da linha de pressão de carga 2 pode ser controlado por um tempo tão longo à medida que a pressão de carga é maior do que a pressão do gás de exaustão na linha de exaustão 7.

[0048] Se, por contraste, na faixa de baixa carga, por exemplo, em ociosidade, em carga de parte baixa ou em operação sobrecarregada do motor de combustão interna 1, a pressão de carga na linha de pressão de carga 2 é mais baixa do que a pressão do gás de exaustão na linha de exaustão 7, então é possível que não seja suprido o ar para o queimador 10 por meio da linha de alimentação 11, com o objetivo de manter a temperatura do gás de exaustão em um nível requerido ou aumentar a temperatura do gás de exaustão.

[0049] Neste caso, com a válvula borboleta 12 na linha de alimentação 11 fechada, a válvula de interrupção 15 na linha de exaustão 13 está aberta e, além disso, a válvula borboleta 14 está ativada tal que uma quantidade de gás de exaustão proveniente do cilindro final (à direita no desenho) do motor de combustão interna 1 seja conduzida para o queimador 10 e lá queimada com o combustível, e o gás aquecido desta maneira é introduzido no interior da linha de exaustão 7.

[0050] Além disso, por meio do sistema de injeção de combustível (não ilustrado) do motor de combustão interna 1, nos referidos estados de operação, o suprimento de combustível para o referido cilindro final pode ser reduzido ou interrompido completamente a fim de, por esse modo, influenciar de maneira direcionada o conteúdo de oxigênio (o valor lambda) do gás de exaustão, e/ou se apropriado também suprir de ar puro o queimador 10 (o cilindro então opera como um compressor).

[0051] O controle do elemento de atuação 15 na linha de exaustão 13 e das válvulas borboleta 12, 14 na linha de alimentação 11 e na linha coletora 6a do coletor de escape 6 pode ser realizado por meio de uma unidade de controle de motor eletrônica 16 (meramente indicativa) que efetua a ativação do mesmo (indicado por setas) como uma função de parâmetros específicos de motor tais como por exemplo, velocidade rotacional n, temperaturas T (do motor, do gás de exaustão, etc.), as condições de pressão p na linha de pressão de carga 2 e no trato de exaustão 6, 7, e/ou como uma função de parâmetros específicos de orientação tais como, por exemplo, a demanda de carga α por meio de um pedal acelerador ou operação de sobrecarga S, etc., e/ou como uma função de parâmetros específicos de pós-tratamento de gás de exaustão tais como, por exemplo, temperatura do conversor catalítico, quantidade de NOx, contrapressão de gás de exaustão, etc.

[0052] A unidade de controle 16 correspondentemente modificada também controla, de uma maneira conhecida, a medição do combustível do motor de combustão interna 1 e do queimador 10, em que sensores de massa de ar correspondentes podem ser fornecidos nas linhas de alimentação a montante do compressor 3, e na linha de alimentação 11 e/ou na linha de exaustão 13, e/ou uma sonda lambda adicional (não ilustrada) pode ser fornecida na linha de aquecimento 9.

[0053] A invenção não está restrita à modalidade exemplar ilustrada. Modificações familiares a uma pessoa versada na técnica também são possíveis tanto na unidade de purificação de gás de exaustão 8 como também no motor de combustão interna, com respeito ao número de cilindros, aos sistemas de sobrealimentação (por exemplo, sobrealimentação biturbo), etc. Lista de sinais de referência 1 Motor de combustão interna 2 Linha de pressão de carga 3 Compressor 4 Turbocompressor de gás de exaustão 5 Turbina de gás de exaustão 6 Coletor de escape 6a Linha coletora 6b Linhas individuais 7 Linha de exaustão 8 Unidade de purificação de gás de exaustão 9 Linha de aquecimento 10 Queimador 11 Linha de alimentação 12 Válvula borboleta 13 Linha de exaustão 14 Válvula borboleta 15 Elemento de atuação 16 Unidade de controle de motor DOC Conversor catalítico de oxidação DPF Filtro de partículas de diesel SCR Conversor catalítico SCR

Claims

1. Método para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado (1), de múltiplos cilindros, tendo uma unidade de purificação de gás de exaustão (8) posicionada a jusante, tendo um dispositivo de aquecimento (10) que pode ser ativado quando necessário e que é alimentado com ar proveniente de uma linha de pressão de carga (2) do motor de combustão interna (1), em fases em que a pressão de carga é alta o suficiente para que uma quantidade adequada e/ou definida de carga de ar possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento (10), em que o dispositivo de aquecimento (10) para suprir o ar está conectado à linha de pressão de carga (2) através de uma linha de suprimento (11) e uma primeira válvula de borboleta (12) é fornecida na linha de suprimento (11), em que o ar aquecido no dispositivo de aquecimento (10) é introduzido no trato de exaustão a montante da unidade de purificação de gás de exaustão (8), em que o dispositivo de aquecimento (10) é alimentado com um fluxo de gás de exaustão definido proveniente do aparelho de gás de exaustão do motor de combustão interna (1) pelo menos em estados de operação do motor de combustão interna, em que a pressão de carga não é alta o suficiente para que uma quantidade adequada e/ou definida de carga de ar possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento (10), em que um fluxo do gás de exaustão é ramificado a partir de uma linha de gás de exaustão (13) a jusante da turbina de gás de exaustão (5), na qual é prevista uma válvula de retenção, caracterizado pelo fato de que quando a primeira válvula borboleta (12) na linha de alimentação (11) é fechada, a válvula de retenção (15) na linha de gás de exaustão (13) é aberta e também uma segunda válvula borboleta (14) que está prevista em uma linha coletora (6a) de um coletor de exaustão (6), é controlada de tal modo que uma quantidade de gás de exaustão de apenas um cilindro do motor de combustão interna (1) seja levada ao dispositivo de aquecimento (10).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os estados de operação do motor de combustão interna (1) em que a pressão de carga não é alta o suficiente para que uma quantidade adequada e/ou definida de carga de ar possa fluir através do interior do dispositivo de aquecimento (10) são uma fase de carga baixa e/ou ociosa e/ou uma de sobrecarga do motor de combustão interna (1).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o suprimento de combustível para o cilindro do motor de combustão interna (1) é parcial ou completamente interrompido quando o elemento de atuação (15) é ativado

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, como um dispositivo de aquecimento, é feito uso de um queimador (10) para o qual um combustível é alimentado, a alimentação de combustível para o referido queimador sendo regulada como uma função de parâmetros de operação do motor de combustão interna e/ou de uma sonda lambda a jusante do queimador (10) e/ou de parâmetros de operação do sistema de pós-tratamento de gás de exaustão.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos a pressão de carga e/ou a pressão de gás de exaustão e/ou a diferença de pressão entre as duas e/ou o valor lambda do gás de exaustão a jusante das câmaras de combustão e/ou o valor lambda a jusante do dispositivo de aquecimento (10) do motor de combustão interna (1) é utilizado como uma variável de regulação para a ativação de pelo menos um elemento de atuação (15) e/ou de pelo menos uma válvula borboleta (12, 14) para o suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento (10).

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, além disso, a velocidade rotacional do motor (n) e/ou a quantidade de injeção de combustível e/ou a massa de ar que flui através do motor e/ou o dispositivo de aquecimento (10) são detectados e considerados para o controle do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento (10).

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um turbocompressor de gás de exaustão (4) do motor de combustão interna (1) tem uma geometria de turbina variável, e em que o ajuste do mesmo é avaliado como uma variável de regulação para o controle do suprimento de ar para o dispositivo de aquecimento (10).

8. Dispositivo para executar o método para aumentar a temperatura do gás de exaustão no trato de exaustão de um motor de combustão interna turbinado, de vários cilindros, tendo pelo menos um turbocompressor de gás de exaustão (4) cuja turbina de gás de exaustão (5) está conectada ao trato de exaustão (6, 7) do motor de combustão interna (1) a montante da unidade de purificação de gás de exaustão (8) e cujo compressor (3) entrega uma carga de ar por meio de uma linha de pressão de carga (2) para as câmaras de combustão, e tendo um dispositivo de aquecimento (10), que é fornecido a montante da unidade de purificação de gás de exaustão (8), para aumentar a temperatura do gás de exaustão quando necessário por meio de um suprimento de ar proveniente da linha de pressão de carga (2), em que o dispositivo de aquecimento (10) é adicionalmente conectado por meio de um elemento de atuação controlável (15) e uma linha de gás de exaustão (13) para o trato de exaustão (6) do motor de combustão interna (1), a montante da turbina de gás de exaustão (5), em que o dispositivo de aquecimento (10) para suprir o ar está conectado à linha de pressão de carga (2) através de uma linha de suprimento (11) e uma primeira válvula borboleta (12) é prevista na linha de suprimento (11), caracterizado pelo fato de que na linha de gás de exaustão (13) é prevista uma válvula borboleta (14) que controla a taxa de fluxo de massa para o dispositivo de aquecimento (10) e que a válvula borboleta (14) do lado de gás de exaustão é disposta em uma linha de coleta de gás de exaustão (6a) a jusante da linha individual (6b) de um cilindro do motor de combustão interna (1), de tal forma que apenas o cilindro, ou seu gás de exaustão ou ar limpo seja separado, mais ou menos a partir do sobressalente do trato de exaustão que conduz para a turbina de gás de exaustão (5).

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um turbocompressor de gás de exaustão (4) tem uma turbina de gás de exaustão (5) com geometria de turbina variável, e/ou em que os elementos de atuação (15) e/ou as válvulas borboleta (12, 14) são conectados a uma unidade de controle de motor eletrônica (16) por meio do que os elementos de atuação (15) e/ou as válvulas borboleta (12, 14) são controlados de acordo com parâmetros específicos do motor e/ou de parâmetros específicos de pós-tratamento de gás de exaustão e/ou de parâmetros específicos de orientação.

10. Motor de combustão interna (1), caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo como definido na reivindicação 8 ou 9.

11. Veículo a motor, caracterizado pelo fato de que compreende um motor de combustão interna (1), como definido na reivindicação 10.