BR102014010250A2 - low pressure exhaust gas recirculation device and method - Google Patents
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Abstract
dispositivo e método para recirculação de gás de exaustão de baixa pressão [001] trata-se de um dispositivo e de um método para recirculação de gás de exaustão de baixa pressão em um motor de combustão interna com turbocompressor, uma linha de recirculação de gás de exaustão que bifurca a jusante de um dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (1), cuja linha de recirculação de gás de exaustão emite para o interior de uma linha de ar fresco do motor de combustão interna a montante do compressor do turbocompressor. de acordo com a invenção, o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (1) é composto substancialmente por um catalisador de oxidação (2) e por um filtro de partícula a jusante (3). uma seção da linha de recirculação de gás de exaustão é formada por uma cavidade que circunda o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (1) e que é um duto anular (8) delimitado radialmente para o interior por um invólucro (4) do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (1) e radialmente para o exterior por um revestimento (7) que circunda o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (1) com um pequeno espaçamento sobre seu comprimento.low pressure exhaust gas recirculation device and method [001] is a low pressure exhaust gas recirculation device and method in a turbocharger internal combustion engine, a recirculation gas recirculation line exhaust forks downstream of an exhaust gas aftertreatment device (1), the exhaust gas recirculation line of which emits into a fresh air line of the internal combustion engine upstream of the turbocharger compressor. According to the invention, the exhaust gas aftertreatment device (1) is composed substantially of an oxidation catalyst (2) and a downstream particle filter (3). a section of the exhaust gas recirculation line is formed by a cavity surrounding the exhaust gas aftertreatment device (1) and which is an annular duct (8) radially inwardly delimited by a housing (4) the exhaust gas aftertreatment device (1) and radially outwardly by a sheath (7) surrounding the exhaust gas aftertreatment device (1) with a small spacing over its length.
Description
“DISPOSITIVO E MÉTODO PARA RECIRCULAÇÃO DE GÁS DE EXAUSTÃO DE BAIXA PRESSÃO” Campo da Invenção [001] A invenção refere-se a um dispositivo e a um método para recirculação de gás de exaustão de baixa pressão em um motor de combustão interna com turbocompressor, conforme os preâmbulos das reivindicações independentes.Field of the Invention [001] The invention relates to a device and method for recirculating low pressure exhaust gas in a turbocharged internal combustion engine, according to the preambles of the independent claims.
Antecedentes da Invenção [002] Motores a diesel modernos e motores de ciclo Otto geralmente têm recirculação de gás de exaustão, em que gases de exaustão são conduzidos de volta ao coletor de admissão de modo a, entre outros, reduzir os picos de temperatura no cilindro através do estabelecimento de uma concentração de oxigênio mais baixa na mistura. Pela presente invenção, é possível, por sua vez, alcançar uma redução ou limitação das emissões de óxidos de nitrogênio.BACKGROUND OF THE INVENTION Modern diesel engines and Otto cycle engines generally have exhaust gas recirculation, whereby exhaust gases are driven back to the intake manifold to, among others, reduce the temperature spikes in the cylinder. by establishing a lower oxygen concentration in the mixture. By the present invention it is in turn possible to achieve a reduction or limitation of nitrogen oxide emissions.
[003] No caso de motores de combustão interna com turbocompressores de gás de exaustão, faz-se uma distinção entre recirculação de gás de exaustão de baixa pressão e recirculação de gás de exaustão de alta pressão. No caso de recirculação de gás de exaustão de baixa pressão, um fluxo de massa de gás de exaustão bifurcada a jusante de uma unidade de pós-tratamento de gás de exaustão é alimentado no interior do ar fresco em um local a montante do compressor do turbocompressor. No caso de recirculação de gás de exaustão de alta pressão, um fluxo de massa de gás de exaustão bifurcada no condutor de exaustão, geralmente a montante da turbina, é alimentado no interior do ar fresco em um local a jusante do compressor do turbocompressor. Em ambos os casos, a linha de recirculação de gás de exaustão normalmente compreende uma válvula e um permutador de calor de gás de exaustão.[003] In the case of internal combustion engines with exhaust gas turbochargers, a distinction is made between low pressure exhaust gas recirculation and high pressure exhaust gas recirculation. In the case of low pressure exhaust gas recirculation, a bifurcated exhaust gas mass flow downstream of an exhaust gas aftertreatment unit is fed into fresh air at a location upstream of the turbocharger compressor. . In the case of high pressure exhaust gas recirculation, a bifurcated exhaust gas mass flow in the exhaust driver, usually upstream of the turbine, is fed into fresh air at a location downstream of the turbocharger compressor. In either case, the exhaust gas recirculation line typically comprises a valve and an exhaust gas heat exchanger.
[004] Também é possível que ambos os tipos de recirculação de gás de exaustão sejam fornecidos e, durante operação, aquele que é mais adequado às presentes condições de operação pode ser selecionado. Operação misturada dos dois tipos também é possível. Aqui, a recirculação de gás de exaustão de baixa pressão de resfriamento, em que menos partículas estão presentes, é normalmente preferível, não só porque o ar de entrada não é aquecido pelo gás de exaustão muito quente, que no caso de recirculação de gás de exaustão de alta pressão reduz a eficiência volumétrica, mas também porque o fluxo de massa de gás de exaustão a montante da turbina do turbocompressor não é reduzido, como é o caso no caso de recirculação de gás de exaustão de alta pressão.[004] It is also possible that both types of exhaust gas recirculation are provided and, during operation, the one that is best suited to the present operating conditions may be selected. Mixed operation of both types is also possible. Here low-pressure exhaust gas recirculation, where fewer particles are present, is usually preferable, not only because the inlet air is not heated by the very hot exhaust gas, which in the case of recirculation of exhaust gas. High-pressure exhaust reduces volumetric efficiency, but also because the exhaust gas mass flow upstream of the turbocharger turbine is not reduced, as is the case in the case of high-pressure exhaust gas recirculation.
[005] Para ser capaz de aderir a valores limites mais restritos para emissões de poluentes de veículos motorizados, o catalisador de oxidação e os sistemas a jusante para pós-tratamento de NOx (por exemplo, SCR - Selection Catalytic Reduction, LNT - Lean NOx Traps) de um dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão deveríam alcançar sua temperatura de trabalho ou temperatura de arranque o mais rápido possível, caso ocorra uma partida a frio do motor de combustão interna, e a dita temperatura também deveria ser mantida durante a operação do motor de combustão interna.To be able to adhere to stricter emission limit values for motor vehicle pollutants, oxidation catalyst and downstream systems for NOx aftertreatment (eg SCR - Selection Catalytic Reduction, LNT - Lean NOx Traps) of an exhaust aftertreatment device should reach its working temperature or start-up temperature as soon as possible if a cold start of the internal combustion engine occurs, and such temperature should also be maintained during internal combustion engine operation.
[006] Por outro lado, melhoras que foram alcançadas na eficiência com relação às emissões de dióxido de carbono mais baixas resultam em motores de combustão interna modernos que tendem a exibir temperaturas relativamente baixas de gás de exaustão, de modo que a temperatura de trabalho de arranque de catalisadores de oxidação, catalisadores SCR para redução catalítica seletiva de óxidos de nitrogênio e capturas de óxido de nitrogênio, sejam alcançadas de forma mais devagar e possam ser mais difíceis de se manter, o que aumenta as emissões de poluentes, além do dióxido de carbono.On the other hand, improvements that have been achieved in efficiency with respect to lower carbon dioxide emissions result in modern internal combustion engines that tend to exhibit relatively low exhaust gas temperatures, so that the working temperature of oxidation catalyst starters, SCR catalysts for selective catalytic reduction of nitrogen oxides and nitrogen oxide catches, are achieved more slowly and may be more difficult to maintain, which increases pollutant emissions, in addition to carbon dioxide. carbon.
[007] Ademais, a recirculação de gás de exaustão de baixa pressão requer a provisão de uma tubulação de um locai a jusante do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão à linha de ar fresco através de uma válvula de recirculação de gás de exaustão e um permutador de calor de gás de exaustão. Na região do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, em particular, uma tubulação do dito tipo pode ser difícil de ser acomodada.In addition, low pressure exhaust gas recirculation requires the provision of piping from a downstream location of the exhaust gas aftertreatment device to the fresh air line through an exhaust gas recirculation valve. and an exhaust gas heat exchanger. In the region of the exhaust gas aftertreatment device in particular, a pipe of said type may be difficult to accommodate.
[008] A invenção baseia-se no objeto de permitir a recirculação de gás de exaustão de baixa pressão em um motor de combustão interna com turbocompressor, sendo que a recirculação de gás de exaustão de baixa pressão torna possível alcançar emissões de poluentes em geral particularmente baixas do motor de combustão interna e pode ser adicionalmente implementada de maneira compacta.[008] The invention is based on the object of allowing low-pressure exhaust gas recirculation in a turbocharged internal combustion engine, whereas low-pressure exhaust gas recirculation makes it possible to achieve overall pollutant emissions particularly. internal combustion engine and can be further compactly implemented.
Descrição da Invenção [009] O dito objeto é alcançado por meio de um dispositivo e um método para recirculação de gás de exaustão de baixa pressão conforme as reivindicações independentes.Description of the Invention Said object is achieved by means of a device and method for recirculating low pressure exhaust gas according to the independent claims.
[010] De acordo com a invenção, uma cavidade que circunda o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão é fornecida e a cavidade forma uma seção da linha de recirculação de gás de exaustão através da qual aquela parte do gás de exaustão que é bifurcada conforme gás de exaustão de recirculação flui na direção da linha de ar fresco. O dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão é composto substancialmente por um catalisador de oxidação e por um filtro de partícula a jusante. A cavidade é um duto anular que é delimitado radialmente no interior por, por exemplo, um invólucro cilíndrico ou prismático do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão e radialmente no exterior por, por exemplo, um revestimento cilíndrico ou prismático que circunda o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão com um pequeno espaçamento sobre seu comprimento. Aqui, o gás de exaustão de recirculação flui através da cavidade contrariamente à direção de fluxo do gás de exaustão no dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão e, então, flui subsequentemente à linha de ar fresco através da válvula EGR (Exhaust Gas Recirculation) e do resfriador.[010] According to the invention, a cavity surrounding the exhaust gas aftertreatment device is provided and the cavity forms a section of the exhaust gas recirculation line through which that portion of the exhaust gas which is forked as recirculating exhaust gas flows towards the fresh air line. The exhaust gas aftertreatment device is substantially composed of an oxidation catalyst and a downstream particle filter. The cavity is an annular duct that is radially delimited inside by, for example, a cylindrical or prismatic casing of the exhaust gas aftertreatment device and radially outside by, for example, a cylindrical or prismatic casing surrounding the device. exhaust aftertreatment with a small spacing over its length. Here, recirculating exhaust gas flows through the cavity contrary to the exhaust gas flow direction in the exhaust aftertreatment device and then subsequently flows to the fresh air line through the Exhaust Gas Recirculation (EGR) valve. ) and the chiller.
[011] A invenção tem diversos efeitos vantajosos: [012] Em primeiro lugar, a cavidade forma um espaço isolante de calor ao redor do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, sendo que tal espaço isolante de calor reduz as perdas de calor do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão de modo que o catalisador de oxidação do mesmo e, consequentemente, também quaisquer catalisadores SCR ou capturas de óxido de nitrogênio posicionados a jusante alcancem sua temperatura de trabalho mais rapidamente no caso de uma partida a frio e também permaneçam na temperatura de trabalho durante a operação do motor de combustão interna ou durante curtas paradas na operação, tal como surge no caso de um sistema de início e parada automáticas, por exemplo.[011] The invention has several advantageous effects: First, the cavity forms a heat insulating space around the exhaust gas aftertreatment device, and such heat insulating space reduces heat losses. exhaust gas aftertreatment device so that its oxidation catalyst and hence any downstream SCR catalysts or nitrogen oxide catalysts reach their working temperature more quickly in the event of a cold start and also remain at working temperature during internal combustion engine operation or during short operating shutdowns, such as in the case of an automatic start and stop system, for example.
[013] O dito isolamento de calor é ativo não somente quando a recirculação de gás de exaustão de baixa pressão está inativa, mas também quando recirculação de gás de exaustão de baixa pressão está ativa. No dito último caso, gases de exaustão em aquecimento ou aquecidos fluem adicionalmente não só através do interior de um catalisador de oxidação do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, mas também ao redor do exterior do dito catalisador de oxidação. O aquecimento do catalisador é, assim, acelerado.[013] Said heat insulation is active not only when low pressure exhaust gas recirculation is inactive, but also when low pressure exhaust gas recirculation is active. In the latter case, heated or heated exhaust gases additionally flow not only through the interior of an oxidation catalyst of the exhaust gas aftertreatment device, but also around the exterior of said oxidation catalyst. The heating of the catalyst is thus accelerated.
[014] Ademais, uma tubulação separada na região do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, que pode ser difícil de acomodar especificamente nessa região, não é requerida.In addition, separate piping in the region of the exhaust gas aftertreatment device, which may be difficult to accommodate specifically in that region, is not required.
[015] Isso significa que, com a invenção, três funcionalidades podem ser executadas simultaneamente: em primeiro lugar, isolamento térmico do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, em segundo lugar, aquecimento acelerado do catalisador de oxidação e, em terceiro lugar, é omitida uma tubulação separada para o gás de exaustão recirculado paralela ao dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão.[015] This means that, with the invention, three functionalities can be performed simultaneously: firstly, heat insulation of the exhaust gas aftertreatment device, secondly, accelerated heating of the oxidation catalyst and thirdly , a separate pipe for recirculated exhaust gas parallel to the exhaust after-treatment device is omitted.
[016] A distância entre o revestimento e o invólucro do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão pode ser relativamente pequena. Mesmo com um espaçamento relativamente pequeno, é possível, devido à circunferência relativamente grande do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão, executar uma resistência de fluxo muito baixa e, assim, uma baixa queda de pressão no gás de exaustão recirculado.[016] The distance between the liner and the casing of the exhaust gas aftertreatment device may be relatively small. Even with a relatively small spacing, it is possible, due to the relatively large circumference of the exhaust gas aftertreatment device, to perform a very low flow resistance and thus a low pressure drop in the recirculated exhaust gas.
[017] Em uma realização particular da invenção, o duto anular tem, em uma extremidade, uma conexão de fluxo restrita à saída do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão e tem, em sua outra extremidade, uma conexão de fluxo a uma tubulação que leva à linha de ar fresco.[017] In a particular embodiment of the invention, the annular duct has at one end a flow fitting restricted to the outlet of the exhaust gas aftertreatment device and at its other end a flow fitting at a pipe leading to the fresh air line.
[018] A conexão de fluxo restrita entre o duto anular e a saída do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão é, preferivelmente, executada por meio de vários orifícios que são formados em um invólucro do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão na região da extremidade a jusante do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão ou a jusante do filtro de partícula do mesmo.The restricted flow connection between the annular duct and the outlet of the exhaust gas aftertreatment device is preferably made by means of several holes that are formed in a housing of the exhaust gas aftertreatment device. exhaust in the downstream region of the exhaust gas aftertreatment device or downstream of the particulate filter thereof.
[019] A invenção é basicamente adequada para todos os tipos de motores de combustão interna, inclusive motores à gasolina, mas é particularmente adequada para motores a diesel, os quais tendem a gerar menos aquecimento de gás de exaustão do que motores à gasolina, mas em cujo caso é particularmente importante para o catalisador ter sua temperatura elevada o quanto antes de modo que o monóxido de carbono possa ser convertido o quanto antes.[019] The invention is basically suitable for all types of internal combustion engines, including petrol engines, but is particularly suited for diesel engines, which tend to generate less exhaust gas heating than petrol engines, but in which case it is particularly important for the catalyst to have its temperature raised as soon as possible so that carbon monoxide can be converted as soon as possible.
[020] Os aperfeiçoamentos da invenção especificados nas reivindicações dependentes do dispositivo também são vantajosos para o método de acordo com a invenção.The improvements of the invention specified in the device dependent claims are also advantageous for the method according to the invention.
Breve Descrição do Desenho [021] Uma realização exemplar será descrita abaixo com base nos desenhos. A única Figura do desenho mostra uma seção longitudinal esquemática através de um dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão com recirculação de gás de exaustão de baixa pressão integrada.Brief Description of the Drawing [021] An exemplary embodiment will be described below based on the drawings. The only Figure in the drawing shows a schematic longitudinal section through an exhaust gas aftertreatment device with integrated low pressure exhaust gas recirculation.
Descrição de Realizações da Invenção [022] O dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 que é mostrado compreende um catalisador de oxidação a diesel 2 e um filtro de partícula de diesel a jusante 3, sendo estes instalados em uma configuração em série em um invólucro alongado 4, o qual tem, por exemplo, uma seção transversal cilíndrica, elíptica ou poligonal.Description of Embodiments of the Invention The exhaust gas aftertreatment device 1 shown is comprised of a diesel oxidation catalyst 2 and a downstream diesel particle filter 3, which are installed in a series configuration in an elongate housing 4 which has, for example, a cylindrical, elliptical or polygonal cross section.
[023] A montante do catalisador de oxidação a diesel 2, o invólucro 4 se estreita para formar uma tubulação 5, a qual é conectada a uma saída da turbina de um motor a diesel com turbocompressor e a jusante do filtro de partícula de diesel 3. O invólucro 4 se estreita para formar uma tubulação 6, a qual é conectada a um catalisador SCR ou uma captura de óxido de nitrogênio e a um silenciador (não mostrado na Figura). Durante operação, o gás de exaustão flui para o interior do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 e subsequentemente para o silenciador, ao longo das setas indicadas.Upstream of the diesel oxidation catalyst 2, the housing 4 narrows to form a pipe 5, which is connected to a turbine outlet of a turbocharged diesel engine and downstream of the diesel particle filter 3 The housing 4 narrows to form a tubing 6 which is connected to an SCR catalyst or a nitrogen oxide trap and a silencer (not shown in Figure). During operation, the exhaust gas flows into the exhaust gas aftertreatment device 1 and subsequently into the silencer along the indicated arrows.
[024] O invólucro 4 do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 inclui, em cada caso, uma peça das tubulações 5, 6, que são circundadas por um revestimento 7 que circunda o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 de uma maneira à prova de gás com um pequeno espaçamento ao longo de seu comprimento, de modo que uma cavidade exista entre o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 e o revestimento 7, sendo a dita cavidade um duto 8 de seção transversal anular.The housing 4 of the exhaust gas aftertreatment device 1 includes in each case a part of the pipes 5, 6 which are surrounded by a jacket 7 surrounding the exhaust gas aftertreatment device. 1 in a gas tight manner with a small spacing along its length such that a cavity exists between the exhaust gas aftertreatment device 1 and the liner 7, said cavity being a section duct 8 annular transverse.
[025] Onde o invólucro 4 se estreita do filtro de partícula de diesel 3 para formar a tubulação 6, vários orifícios 9 estão situados no invólucro 4 e na tubulação 6, por meio dos quais orifícios do duto 8 têm uma conexão de fluxo restrita à extremidade do diesel filtro de partícula 3 e ao início da tubulação 6.Where housing 4 narrows from diesel particulate filter 3 to form tubing 6, several holes 9 are located in housing 4 and tubing 6, through which holes in duct 8 have a flow connection restricted to end of the diesel particulate filter 3 and the beginning of the pipeline 6.
[026] Na extremidade a montante do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1, o revestimento 7 tem um conector 10 do qual uma tubulação leva à linha de ar fresco do motor de combustão interna através de uma válvula de recirculação de gás de exaustão e um permutador de calor de gás de exaustão (não mostrado na Figura). Isso significa que a cavidade ou o duto 8 formam uma seção de uma linha de recirculação de gás de exaustão.[026] At the upstream end of the exhaust gas aftertreatment device 1, casing 7 has a connector 10 from which a pipe leads to the fresh air line of the internal combustion engine via a recirculating gas recirculation valve. exhaust and an exhaust gas heat exchanger (not shown in Figure). This means that the cavity or duct 8 forms a section of an exhaust gas recirculation line.
[027] Quando a válvula de recirculação de gás de exaustão é aberta, uma parte do gás de exaustão que sai do filtro de partícula de diesel 3 flui através dos orifícios 9 para o interior do duto anular 8 entre o invólucro 4 e o revestimento 7, então flui ao longo do duto 8 contrário à direção de fluxo do gás de exaustão no dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão 1 e então flui para fora do conector 10 junto à seta indicada de modo a ser alimentado, a montante do compressor do turbocompressor do motor a diesel para o interior do ar fresco para o dito motor a diesel.[027] When the exhaust gas recirculation valve is opened, a portion of the exhaust gas exiting the diesel particulate filter 3 flows through the holes 9 into the annular duct 8 between the housing 4 and the liner 7 , then flows along the duct 8 contrary to the exhaust gas flow direction in the exhaust gas aftertreatment device 1 and then flows out of the connector 10 next to the arrow indicated to be fed upstream of the compressor from the diesel engine turbocharger into the fresh air to said diesel engine.
ReivindicaçõesClaims
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| DE102013211823 | 2013-06-21 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019006527A1 (en) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Duo Engenharia Criativa Ltda | Structural arrangement in a low-temperature turbocompressor for an internal combustion engine |
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2014
- 2014-04-29 BR BR102014010250A patent/BR102014010250A2/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019006527A1 (en) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Duo Engenharia Criativa Ltda | Structural arrangement in a low-temperature turbocompressor for an internal combustion engine |
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