BR102015005067B1

BR102015005067B1 - Aparelho de homogeneização para pelo menos dois fluxos de fluído e veículo, em particular um veículo comercial

Info

Publication number: BR102015005067B1
Application number: BR102015005067-4A
Authority: BR
Inventors: Bruno Barciela; Joachim Weiss
Original assignee: Man Truck & Bus Ag
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2022-10-04
Also published as: CN104948351A; BR102015005067A2; CN104948351B; US9770693B2; US20150265978A1; RU2699457C2; EP2924271A1; DE102014004133A1; EP2924271B1; RU2015109318A; RU2015109318A3

Abstract

APARELHO DE HOMOGENEIZAÇÃO PARA PELO MENOS DOIS FLUXOS DE FLUIDO E VEÍCULO, EM PARTICULAR UM VEÍCULO COMERCIAL .A invenção diz respeito a um aparelho de homogeneização para pelo menos dois fluxos de fluido, em particular para uma mistura homogênea de gás/ar em um motor de gás, em pelo menos duas linhas de alimentação de fluido (2, 3; 13, 14; 24, 25) as quais em cada caso conduzem diferentes fluxos de fluido e uma linha de escoamento de fluidos (5; 15; 26) a qual conduz o fluido homogeneizado sendo conectadas a um espaço central de homogeneização (2; 12; 23) como região de mistura. De acordo com a invenção, na região de conexão a montante do espaço de homogeneização (2; 12; 23), as linhas de alimentação de fluido (3, 4; 13, 14; 24, 25) têm em cada caso uma seção de linha (8, 9; 18, 19; 27, 28) com uma deflexão de fluxo em uma direção com uma deflexão de fluxo a qual segue a jusante na outra direção e são conectadas de tal maneira que os fluxos de fluido são alimentados tangencialmente ao espaço de homogeneização (2; 12; 23) com um movimento de redemoinho transmitido a eles, de tal maneira que um fluxo turbulento rotativo o qual auxilia o processo de homogeneização é formado no espaço de homogeneização (2; 12; 23).

Description

[0001] A invenção diz respeito a um aparelho de homogeneização para pelo menos dois fluxos de fluido, em particular para uma mistura homogénea de gás/ar em um motor de gás, em conformidade com a cláusula pré-caracterizante da Reivindicação 1.

[0002] O arranjo fundamental geralmente conhecido de um aparelho de homogeneização deste tipo consiste em um espaço de homogeneização central como região de mistura, ao qual são conectadas duas linhas de alimentação de fluido as quais em cada caso conduzem diferentes fluxos de fluido e uma linha de escoamento de fluidos a qual conduz o fluido homogeneizado. Mistura dos dois fluxos de fluido, a qual é tão intensa quanto possível, deve ocorrer no espaço de homogeneização.

[0003] Para esta finalidade, EP 1 908 932 A1 divulgou um sistema de gás de exaustão para veículos com motor a diesel tendo uma primeira e uma segunda seção paralela que pode ser conectada ao lado de saída de um motor de combustão interna, ditas seções paralelas sendo conectadas por meio de suas extremidades as quais apontam a jusante de um conversor catalítico SCR. Um dispositivo de injeção para um agente de redução é provido em uma seção paralela. Em um aparelho de homogeneização o qual está conectado a montante do conversor catalítico, o fluxo de gás de exaustão, o qual tem o agente de redução adicionado a ele, é misturado com o fluxo de gás de exaustão o qual é livre de agente de redução. Aqui, as placas de guia, com e sem estruturas de furos estão instaladas em uma câmara de mistura, a fim de promover uma mistura completa e/ou os fluxos de gás de exaustão são desviados por meio de formas de seção transversal de câmara curvada. A alimentação do gás de exaustão flui na região de conexão a montante da câmara de mistura ocorre de uma forma retilínea e os dispositivos para promover a mistura completa aqui são atribuídos à câmara de mistura. As medidas que são usadas aqui e medidas geralmente conhecidas adicionais para promover a mistura completa, tais como placas de guia, superfícies defletoras, placas perfuradas, dispositivos difusores, etc., levam a uma perda de pressão relativamente alta o que é geralmente desfavorável de um modo indesejado.

[0004] É um objeto da invenção desenvolver um aparelho de homogeneização do tipo genérico, de tal modo que a mistura completa intensiva de dois fluxos de fluidos é conseguida com uma perda de pressão a qual é tão baixa quanto possível.

[0005] Este objeto é atingido por meio das características das reivindicações independentes da patente. Refinamentos vantajosos são a matéria inventiva das reivindicações dependentes, as quais se referem às ditas reivindicações independentes de patentes.

[0006] É provido, de acordo com a invenção, que na região de conexão do espaço de homogeneização as linhas de alimentação de fluido têm em cada caso uma seção de linha com uma deflexão de fluxo em uma direção com uma deflexão de fluxo a qual segue a jusante na outra direção, e são conectadas ali de tal maneira que os fluxos de fluido são alimentados tangencialmente ao espaço de homogeneização com um movimento de redemoinho transmitido a eles o qual se dá preferencialmente em superfícies opostas, de tal maneira que um fluxo turbulento rotativo o qual auxilia o processo de homogeneização é formado no espaço de homogeneização. As dinâmicas de fluidos dos fluxos de fluidos são, por conseguinte, aqui utilizadas para gerar a turbulência que promove a mistura completa. As medições elaboradas complexas conhecidas mencionadas no início por meio de placas defletoras, estruturas perfuradas, superfícies internas da câmara complexa, etc., podem ser dispensadas como uma regra de acordo com a invenção. Homogeneização eficaz é, por conseguinte, conseguida de acordo com a invenção com uma perda de pressão relativamente baixa por meio de um aparelho relativamente simples e barato com um requisito de espaço baixo.

[0007] Em um aparelho de homogeneização especifico a este respeito, em um arranjo de linha de fluido de três membros e em formato de Y, as linhas centrais das linhas de alimentação de fluido, e opcionalmente a linha central da linha de escoamento de fluido, definem um plano de referência. Diretamente a montante do espaço de homogeneização e a montante do ponto de combinação dos dois fluxos de fluido a serem misturados, a primeira das duas linhas de alimentação de fluido possui um cotovelo o qual se dobra para fora para cima com respeito ao plano de referência e a outra segunda linha de alimentação de fluido possui um cotovelo o qual se dobra para fora para baixo com respeito ao plano de referência e em cada caso uma deflexão a qual segue a jusante na outra direção. Como resultado desta orientação do cotovelo em um “formato em S”, uma combinação tangencial dos dois fluxos de fluido é obtida com um movimento de redemoinho adicionalmente transmitido em direções opostas o qual promove a mistura completa no espaço de homogeneização.

[0008] Dependendo das condições, o formato do cotovelo pode ter aproximadamente um formato alongado em Z ou um formato alongado em S e formatos transitórios que se encontram no meio. Um cotovelo no formato em Z se endireita a jusante na abertura de afluxo ao espaço de homogeneização deslocado aproximadamente paralelo ao plano de referência, com o resultado de que as duas aberturas de afluxo das linhas de alimentação de fluido se encontram deslocadas em ambos os lados com respeito ao plano de referência. No caso de um cotovelo em um formato em S, ele se dobra para fora novamente em direção ao plano de referência em cada caso a montante da abertura de afluxo associada, com o resultado de que ambas as aberturas de afluxo se encontram no plano de referência ou deslocadas uma com respeito à outra apenas ligeiramente em relação ao dito plano de referência.

[0009] Em uma primeira modalidade específica, o espaço de homogeneização é configurado como uma seção de mistura, as duas linhas de alimentação de fluido estando arranjadas e conectadas à entrada da seção de mistura de tal modo que elas se encontram uma sobre a outra em cada caso de um modo torcido com um cotovelo em formato de S. Esta estrutura de torção é continuada na seção de mistura em uma estrutura de parafuso interno tubular como rosca de parafuso interna para um movimento de redemoinho adicional transmitido no fluido combinado. Como resultado, mistura completa intensiva adicional é promovida na seção de mistura com uma perda de pressão relativamente baixa. A estrutura de rede em espiral da rosca de parafuso interna é usada aqui para geração de redemoinho com movimento adicional simultâneo do fluido na direção de escoamento.

[00010] Mistura completa particularmente eficaz com uma perda de pressão relativamente baixa é obtida se o ângulo de aproximação da rosca de parafuso interna, assim como o ângulo tangencial, é de a partir de 15° a 20°. Para esta finalidade, a rosca de parafuso interna da seção de mistura deve ter a partir de 2 a 6 voltas de parafuso, preferencialmente 3 voltas de parafuso.

[00011] Em uma segunda modalidade satisfatoriamente funcional de um aparelho de homogeneização, o espaço de homogeneização é configurado como uma câmara de mistura com um volume interno de cúpula o qual se funde com uma seção transversal circular à linha de escoamento de fluido. As duas linhas de alimentação de fluido estão conectadas à câmara de mistura com um cotovelo em um formato alongado em Z, de modo a ficarem ao lado uma da outra e se deslocarem verticalmente uma em relação à outra com respeito ao plano de referência. Desta maneira, é obtida uma alimentação tangencial e desviada verticalmente dos dois fluxos de fluido com transmissão adicional de um movimento de redemoinho em direções opostas para dentro da câmara de mistura. Resultados de mistura particularmente satisfatórios com poucas perdas de pressão sâo obtidos se o ângulo tangencial é de a partir de 20° a 30°. Além disso, o deslocamento vertical com respeito ao plano de referência deve ser em cada caso a partir de 10 mm a 20 mm.

[00012] Uma terceira modalidade adicional é configurada de forma similar à segunda modalidade, o interior de cúpula da câmara de mistura sendo de configuração esférica em geral, no entanto, com uma seção transversal largamente circular. As duas linhas de alimentação de fluido são conectadas aqui em um formato de cotovelo à câmara de mistura de tal forma que ocorre a alimentação tangencial dos dois fluxos de fluido sem deslocamento vertical ou com apenas um pequeno deslocamento vertical com respeito ao plano de referência para dentro da câmara de mistura. Um resultado de mistura particularmente satisfatório com uma perda de pressão relativamente baixa é também obtido na terceira modalidade se o ângulo tangencial é de a partir de 20° a 30°.

[00013] Em uma quarta modalidade satisfatoriamente funcional, o espaço de homogeneização é configurado como uma câmara de mistura com uma seção transversal aproximadamente elíptica e um formato de câmara achatada. As duas linhas de alimentação de fluido sâo conectadas em cada caso por meio de um cotovelo à câmara de mistura, de tal maneira que os dois cotovelos são direcionados um em direção ao outro no lado de extremidade com uma curvatura de cotovelo em uma vista em plano da câmara de mistura, os cotovelos sendo conectados na dita vista em plano à câmara de mistura em aberturas de afluxo as quais repousam opostas uma à outra. Além disso, os dois cotovelos são conectados em cada caso à câmara de mistura com uma curvatura de cotovelo adicional no que diz respeito ao plano de modo a estar deslocado verticalmente e se encontrar em frente à porção achatada, com o resultado de que uma combinação deslocada verticalmente tangencial dos dois fluxos de fluido ocorre com um movimento de redemoinho transmitido em direções opostas. O ângulo tangencial deve ser a partir de 5o a 15° aqui.

[00014] Por meio de estreitamento da área de escoamento do espaço de homogeneização, em particular como uma constrição na linha de escoamento de fluido, a velocidade de fluxo pode ser aumentada ali, como um resultado do qual a distribuição homogênea dos dois fluídos a serem misturados é auxiliada. No entanto, a perda de pressão também aumenta com esta medida. Esta medida pode ser utilizada, em particular, nas modalidades 2, 3 e 4. Uma melhora na razão de mistura evitando simultaneamente perdas de pressão excessivamente elevada é, assim, conseguida, em particular, se a constrição local de uma seção transversal definida da linha de escoamento de fluido é menor que dita seção transversal por um fator de 0.8 ± 0.1.

[00015] Um dos aparelhos de homogeneização acima é particularmente preferencialmente usado para a mistura de gás de combustão e ar as uma parte constituinte de um sistema de admissão de um motor de gás a montante de uma câmara de combustão.

[00016] Modalidades exemplares da invenção serão explicadas em maior detalhe através de uma figura, na qual: Fig. 1 mostra ilustrações de uma primeira modalidade, Figs 1a a 1d e 1f mostrando vistas a partir de diferentes direções e Fig. 1e e Fig. 1g mostrando seções transversais, Fig. 2 mostra ilustrações de uma segunda modalidade, Figs 2a a 2d e 2f mostrando vistas a partir de diferentes direções e Fig. 2e e Fig. 2g mostrando seções transversais, Fig. 3 mostra ilustrações de uma terceira modalidade, Figs 3a a 3d e 3f mostrando vistas a partir de diferentes direções e Fig. 3e e Fig. 3g mostrando seções transversais, e Fig. 4 mostra ilustrações de uma quarta modalidade, Figs 4a a 4d e 4f mostrando vistas a partir de diferentes direções e Fig. 4e e Fig. 4g mostrando seções transversais.

[00017] Fig. 1 mostra uma primeira modalidade de um aparelho de homogeneização 1. A vista em plano de acordo com a Fig. 1a mostra um arranjo de três membros de uma linha de fluido em formato de Y com um espaço de harmonização central como seção de mistura 2, ao qual uma primeira linha de alimentação de fluido 3 e uma segunda linha de alimentação de fluido 4 são conectadas no lado de entrada e uma linha de escoamento de fluido 5 é conectada no lado de saída. Pode ser visto, em particular a partir da Fig. 1c com uma vista na direção das linhas de alimentação de fluido 3, 4 que as linhas centrais 6', 6", 6"' definem um plano de referência 7, ao qual o curso de linha o qual está descrito no texto seguinte faz referência:

[00018] Imediatamente a montante da seção de mistura 2, a primeira linha de alimentação de fluido 3 possui um cotovelo na região 8 o qual se dobra para fora para cima com respeito ao plano de referência 7 com uma deflexão a qual então segue a jusante na outra direção para dentro da seção de mistura 2. Correspondentemente, na região 9, a segunda linha de alimentação de fluido 4 possui um cotovelo o qual se dobra para fora para baixo com respeito ao plano de referência 7 com uma deflexão a qual segue a jusante na outra direção. Estes cursos de cotovelo das linhas de alimentação de fluido 3, 4 também podem ser claramente vistos a partir da Fig. 1b, uma vista na direção da linha de escoamento de fluido 5, e do mesmo modo a partir da ilustração seccional de acordo com a Fig. 1g. Além disso, o ângulo tangencial é ilustrado a 20° ± 5o na Fig. 1c.

[00019] De acordo com a Fig. 1c, as duas linhas de alimentação de fluido 3, 4 se encontram uma sobre a outra de tal modo que elas estão torcidas em cada caso com uma região de cotovelo em formato em S, dita estrutura de torção continuando na seção de mistura 2 em uma estrutura de

Claims

1. Aparelho de homogeneização para pelo menos dois fluxos de fluido, em particular para uma mistura homogênea de gás/ar em um motor de gás, em que pelo menos duas linhas de alimentação de fluido (3; 4, 13, 14; 24, 25) as quais em cada caso conduzem diferentes fluxos de fluido e uma linha de escoamento de fluidos (5; 15; 26) a qual conduz o fluido homogeneizado sendo conectadas a um espaço central de homogeneização (2; 12; 23) como região de mistura, em que, na região de conexão a montante do espaço de homogeneização (2; 12; 23), as linhas de alimentação de fluido (3, 4; 13, 14; 24, 25) têm em cada caso uma seção de linha (8, 9; 18, 19; 27, 28) com uma deflexão de fluxo em uma direção com uma deflexão de fluxo a qual segue a jusante na outra direção caracterizado pelo fato de que as linhas de alimentação de fluido (3, 4; 13, 14; 24, 25)são conectadas de tal maneira que os fluxos de fluido são alimentados tangencialmente ao espaço de homogeneização (2; 12; 23) com um movimento de redemoinho transmitido a eles, de tal maneira que um fluxo turbulento rotativo o qual auxilia o processo de homogeneização, é formado no espaço de homogeneização (2; 12; 23), que, em um arranjo de linha de fluido de três membros e em formato de Y, as linhas centrais (6', 6"; 16', 16") das linhas de alimentação de fluido (3, 4; 13, 14; 24, 25) definem um plano de referência (7; 17; 29), e que, diretamente a montante do espaço de homogeneização (2; 12; 23) e a montante do ponto de combinação dos dois fluxos de fluido, uma primeira das duas linhas de alimentação de fluido (3; 13; 24) possui um cotovelo (8; 18; 27) o qual se dobra para fora com respeito ao plano de referência (7, 17, 29) e a outra segunda linha de alimentação de fluido possui um cotovelo (9; 19; 27) o qual se dobra para fora em direção ao outro lado com respeito ao plano de referência (7, 17, 29) com uma deflexão a qual então segue a jusante do mesmo em cada caso na outra direção, em que uma combinação tangencial dos dois fluxos de fluido com um movimento de redemoinho adicionalmente transmitido em direções opostas o qual promove a mistura completa no espaço de homogeneização (2; 12; 23) sendo realizada por meio da dita orientação do cotovelo.

2. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, no arranjo de linha de fluido de três membros e em formato de Y, as linhas centrais (6', 6"; 16', 16") das linhas de alimentação de fluido (3, 4; 13, 14; 24, 25), e a linha central (6"', 16'") da linha de escoamento de fluido (5; 15; 26), definem o plano de referência (7; 17; 29).

3. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o formato do cotovelo tem em cada caso um formato alongado em Z ou um formato alongado em S, com o resultado de que o cotovelo no formato em Z se endireita na abertura de afluxo associada deslocado paralelo ao plano de referência (7, 17, 29) e as duas aberturas de afluxo associadas repousam deslocadas em ambos os lados com respeito ao plano de referência (7, 17, 29) no espaço de homogeneização (2; 12; 23), e/ que o cotovelo no formato em S se endireita em cada caso a montante da abertura de afluxo associada de tal modo que ele dobra para fora em direção ao plano de referência (7, 17, 29).

4. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o espaço de homogeneização é configurado como uma seção de mistura (2), que as duas linhas de alimentação de fluido (3, 4) são arranjadas e conectadas à entrada da seção de mistura de tal modo que elas se encontram uma sobre a outra em cada caso de um modo torcido com um cotovelo com formato em S, e que a estrutura de torção é continuada na seção de mistura (2) em uma estrutura de parafuso interno tubular como rosca de parafuso interna (10) para um movimento de redemoinho adicional transmitido no fluido combinado.

5. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o ângulo de aproximação da rosca de parafuso interna (10), assim como o ângulo tangencial, é de a partir de 15° a 20°.

6. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 4 ou com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a rosca de parafuso interna (10) tem uma pluralidade de voltas de para, em particular a partir de 2 a 6 voltas de parafuso, preferencialmente 3 voltas de parafuso.

7. Aparelho de homogeneização, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espaço de homogeneização é configurado como uma câmara de mistura (12) com um volume interno de cúpula o qual se funde com uma seção transversal circular à linha de escoamento de fluido (15), e que as duas linhas de alimentação de fluido (13, 14) estão conectadas à câmara de mistura (12) com um cotovelo (regiões 18, 19) em um formato alongado em Z, de modo a ficarem ao lado uma da outra e se deslocarem verticalmente uma em relação à outra com respeito ao plano de referência (17) para uma alimentação tangencial e desviada verticalmente dos dois fluxos de fluido com transmissão adicional de um movimento de redemoinho em direções opostas.

8. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o deslocamento vertical dos centros das aberturas de afluxo das linhas de alimentação de fluido (13, 14) é em cada caso a partir de 10 mm a 20 mm com respeito ao plano de referência (17).

9. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espaço de homogeneização é configurado como uma câmara de mistura (12) com um interior esférico em cúpula com uma seção transversal que é, em grande parte circular em geral e se funde à linha de escoamento de fluido (15), e que as duas linhas de alimentação de fluido (13, 14) são conectadas em forma de cotovelo à câmara de mistura (12) de tal forma que a alimentação tangencial dos dois fluxos de fluido toma lugar na câmara de mistura (12) com nenhum ou apenas um pequeno deslocamento vertical com respeito ao plano de referência (17).

10. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o ângulo tangencial é de a partir de 20° a 30°.

11. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o espaço de homogeneização é configurado como uma câmara de mistura (23) com uma seção transversal elíptica e um formato de câmara achatada, que as duas linhas de alimentação de fluido (24, 25) são conectadas em cada caso por meio de um cotovelo (27, 28) à câmara de mistura (23), em que os dois cotovelos (27, 28) são direcionados um em direção ao outro no lado de extremidade com uma curvatura de cotovelo em uma vista em plano da câmara de mistura (23), em que os cotovelos (27, 28) são conectados na dita vista em plano à câmara de mistura (23) em aberturas de afluxo as quais repousam opostas uma à outra, que os dois cotovelos (27, 28) são conectados em cada caso à câmara de mistura (23) com uma curvatura de cotovelo adicional no que diz respeito ao plano central (29) de modo a estar deslocado verticalmente e se encontrar em frente à porção achatada, com o resultado de que uma combinação deslocada verticalmente tangencial dos dois fluxos de fluido ocorre com um movimento de redemoinho transmitido em direções opostas.

12. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o ângulo tangencial é de a partir de 5° a 15°.

13. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 12, caracterizado pelo fato de que uma constrição local (30) da área de escoamento é introduzida com relação à linha de escoamento de fluido (26) na saída do espaço de homogeneização.

14. Aparelho de homogeneização, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a constrição local (30) é menor que a seção transversal da linha de escoamento de fluido (26) por um fator de 0.8 ± 0.1.

15. Aparelho de homogeneização, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o aparelho de homogeneização (1; 11; 21; 22) é uma parte constituinte para a mistura de gás de combustão e ar de um sistema de admissão de um motor de gás a montante da câmara de combustão.

16. Veículo, em particular um veículo comercial, caracterizado pelo fato de ter um aparelho de homogeneização conforme qualquer uma das reivindicações anteriores.