BR112014021452B1

BR112014021452B1 - método para operar um dispositivo de tratamento de gás de descarga e veículo motorizado

Info

Publication number: BR112014021452B1
Application number: BR112014021452-2A
Authority: BR
Inventors: Peter Hirth; Peter Bauer; Jan Hodgson
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2021-01-19
Also published as: RU2600196C2; EP2820263B1; EP2820263A1; PH12014501938A1; US9371760B2; PH12014501938B1; KR20140130484A; JP2015508864A; US20140366509A1; RU2014139675A; CN104145096B; JP6100802B2; KR101640701B1; IN2014DN06944A; CN104145096A; MY164098A; MX2014010484A; WO2013127936A1; MX343307B

Abstract

PROCESSO PARA OPERAÇÃO DE UM CATALISADOR DE AQUECIMENTO. A presente invenção refere-se a processo para operar dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), compreendendo aquecedor elétrico (2) para aquecer fluxo de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1) e/ou superfície (25) no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), compreendendo ponto de alimentação (3) para alimentar aditivo no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), de modo que aditivo toque no aquecedor elétrico (2). Na etapa a), aditivos são fornecidos ao ponto de suprimento (3). Na etapa b), estado operacional (4) do dispositivo de tratamento de gás de descarga (1) é determinado por uso de pelo menos uma variável de estado (5), no qual depósitos podem colidir com o aquecedor elétrico (2). Na etapa c, frequência de sincronização (6) é determinada de acordo com estado operacional (4), quando estado operacional (4), estabelecido na etapa b) fica em uma gama predefinida de estados operacionais (7). Na etapa d), ativação e desativação sincronizadas do aquecedor elétrico (2) ocorrem por uso da frequência de sincronização (6) determinada, quando o estado operacional (4) fica na gama predefinida de estados operacionais (7).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para operar um dispositivo de tratamento de gás de descarga, tendo um aquecedor para aquecimento de uma corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga. Além do mais, um ponto de alimentação é proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga, em cujo ponto de alimentação um aditivo pode ser dosado no dispositivo de tratamento de gás de descarga.

[002] Os dispositivos de tratamento de gás de descarga, nos quais um aditivo para purificação de gás de descarga é dosado, são amplamente usados, entre outros, no campo automotivo. Um exemplo desses dispositivos de tratamento de gás de descarga é um dispositivo de tratamento de gás de descarga no qual o processo de redução catalítica seletiva (processo SCR) é conduzido. No dito processo, os compostos de óxidos de nitrogênio no gás de descarga são purificados com a ajuda de um agente redutor (que é alimentado, como aditivo ao gás de descarga). Outros dispositivos de tratamento de gás de descarga, aos quais um aditivo é alimentado, são os dispositivos de tratamento de gás de descarga nos quais hidrocarbonetos (em particular, combustível) são alimentados, para que sejam queimados em um catalisador e aumentem a temperatura dos gases de descarga. É, desse modo, possível alcançar que certas reações de conversão ativadas termicamente ocorram no dispositivo de tratamento de gás de descarga (e, em particular, em filtros).

[003] Verificou-se que um aquecedor, para aquecimento de uma corrente de gás de descarga, pode ficar contaminado, ou mesmo bloqueado, com gás de descarga e/ou seus constituintes. Isso, primeiramente, aumenta a resistência ao escoamento para os gases de descarga impostos pelo aquecedor no dispositivo de tratamento de gás de descarga. Ainda mais, o desempenho de aquecimento do dispositivo de aquecimento é afetado adversamente, em virtude do aquecimento adequado do gás de descarga não ser possível, devido aos depósitos no aquecedor.

[004] Considerando isso como um ponto de partida, é um objeto da presente invenção solucionar, ou pelo menos atenuar, os problemas técnicos discutidos. Buscou-se, em particular, propor um processo particularmente vantajoso para operar um dispositivo de tratamento de gás de descarga com um aquecedor elétrico.

[005] A invenção se refere a um processo para operar um dispositivo de tratamento de gás de descarga, tendo um aquecedor elétrico para aquecer pelo menos uma corrente de gás de descarga ou uma superfície no dispositivo de tratamento de gás de descarga, e tendo um ponto de alimentação para alimentar um aditivo no dispositivo de tratamento de gás de descarga, de modo que o aditivo toque no aquecedor elétrico, tendo as seguintes etapas:

[006] alimentar aditivo ao ponto de alimentação;

[007] identificar, com base em pelo menos uma variável de estado, um estado operacional do dispositivo de tratamento de gás de descarga, no qual podem ser formados depósitos no aquecedor elétrico;

[008] ajustar uma frequência do ciclo em função do estado operacional, se o estado operacional, identificado na etapa b) ficar em uma gama predefinida de estados operacionais; e

[009] ativar e desativar ciclicamente o aquecedor elétrico na frequência do ciclo ajustada, se o estado operacional, identificado na etapa b) ficar em uma gama predefinida de estados operacionais.

[010] O dispositivo de tratamento de gás de descarga serve normalmente para a purificação dos gases de descarga de um motor de combustão interna. Para esse fim, o dispositivo de tratamento de gás de descarga é conectado ao motor de combustão interna.

[011] O aquecedor elétrico é operado, de preferência, com uma corrente elétrica, que é proporcionada em particular do sistema elétrico a bordo de um veículo motorizado. O aquecedor tem, de preferência, um corpo de aquecimento elétrico, em torno do qual, no dispositivo de tratamento de gás de descarga, a corrente de gás de descarga pode escoar e que pode, desse modo, liberar para a corrente de gás de descarga o calor que é produzido durante o aquecimento. Em uma concretização do processo, o aquecedor serve para aquecer a corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga. Em uma outra concretização, o aquecedor serve para aquecer uma superfície no dispositivo de tratamento de gás de descarga. A dita superfície fica, de preferência, em contato com a corrente de gás de descarga, e pode ser, por exemplo, uma superfície de um corpo alveolar. A dita superfície pode ser uma superfície do próprio aquecedor. Em uma concretização preferida do processo, o aquecedor serve para aquecer ambas a corrente de gás de descarga e também uma superfície. O ponto de alimentação pode, por exemplo, compreender uma válvula e/ou um injetor, por meio do qual a quantidade de aditivo, dosada no dispositivo de tratamento de gás de descarga, pode ser regulada.

[012] No método descrito, uma alimentação do aditivo ocorre primeiramente no ponto de alimentação. A alimentação do aditivo ocorre, de preferência, independentemente do aquecimento da corrente de gás de descarga. O aditivo é, de preferência, alimentado em uma quantidade requerida por um componente de purificação de gás de descarga (por exemplo, um catalisador SCR, um catalisador de oxidação ou um adsorvente), proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga.

[013] Na etapa b), em particular, um valor, calculado de vários parâmetros operacionais do dispositivo de tratamento de gás de descarga, é identificado como um estado operacional, ou um conjunto de parâmetros constituído de vários parâmetros operacionais é identificado como um estado operacional. Isso pode ser feito, por exemplo, com base nos parâmetros operacionais, que são medidos no dispositivo de tratamento de gás de descarga, por exemplo, com base em temperaturas. Pode-se usar, por exemplo, a temperatura do próprio gás de descarga ou uma temperatura de uma linha de descarga, que conduz o gás de descarga. Essa temperatura é representativa da temperatura do gás de descarga. É também possível que um parâmetro operacional do dispositivo de tratamento de gás de descarga seja calculado para o estado operacional de várias variáveis operacionais de um motor de combustão interna, que está conectado ao dispositivo de tratamento de gás de descarga. Por exemplo, um escoamento de massa pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga pode ser calculado de uma massa de ar e combustível, queimada pelo motor de combustão interna, e isso pode ser usado como um estado operacional para a etapa b).

[014] Na etapa c), o estado operacional identificado na etapa b) é comparado com uma gama predefinida de estados operacionais. A gama de estados operacionais apresenta certos limites de estados operacionais, entre os quais fica a gama predefinida de estados operacionais. Se o estado operacional, identificado na etapa b) ficar dentro dos ditos limites de estados operacionais, o estado operacional, identificado na etapa b), fica na gama predefinida de estados operacionais. A gama predefinida de estados operacionais é, de preferência, ligada por valores limites em ambos os lados, e não é aberto em um lado.

[015] Em uma simples concretização do processo, o estado operacional é uma temperatura medida no dispositivo de tratamento de gás de descarga, e a gama de estados operacionais é uma gama predefinida de temperaturas. Por exemplo, a gama de estados operacionais pode começar a 100°C e terminar em 180°C. O estado operacional então fica na gama predefinida de estados operacionais, se a temperatura medida ficar na gama específica de temperaturas.

[016] A frequência do ciclo é, de preferência, calculada, de acordo com uma fórmula de cálculo predefinida, dos parâmetros operacionais que caracterizam a gama de estados operacionais. Em uma concretização do processo de acordo com a invenção, na qual o estado operacional é meramente uma temperatura medida no dispositivo de tratamento de gás de descarga, a frequência do ciclo pode ser definida, por exemplo, em função da temperatura.

[017] Na etapa d), a comparação do (presente / iminente) estado operacional, identificado na etapa b), com a gama predefinida de estados operacionais é feita, de preferência, como na etapa c). No caso de um aquecedor operado com uma corrente elétrica, a ativação e a desativação do aquecedor é feita por ativação e desativação da corrente que escoa pelo aquecedor. A frequência do ciclo, definida na etapa c), é, de preferência, por uma taxa de repetições (especificada, por exemplo, em hertz). A taxa de repetições pode ficar, por exemplo, entre 1 quilohertz (1.000 repetições por segundo) e 0,001 hertz (uma repetição a cada 1.000 segundos). Uma taxa de repetições entre 4 hertz (a cada 0,25 segundo) e 0,5 hertz (a cada 2 segundos) é particularmente preferida. Uma taxa de repetições entre 0,05 hertz (a cada 20 segundos) e 0,005 hertz (a cada 200 segundos) é também preferível. As taxas de repetições especificadas no presente relatório descritivo se aplicam em particular quando o motor de combustão interna está sendo operado na gama de cargas baixas. A frequência do ciclo é, de preferência, ajustada na etapa c) com base em um modelo de depósito de um depósito de amônia do dispositivo de tratamento de gás de descarga. O depósito de amônia é, de preferência, na forma de um revestimento de armazenamento, que pode ser formado, por exemplo, em um catalisador SCR. O modelo de depósito pode ser armazenado em um dispositivo de processamento de dados e permite uma estimativa da quantidade de amônia armazenada no depósito de amônia. Com o modelo de depósito, é, por exemplo, possível que a temperatura do depósito de amônia e as quantidades alimentadas de aditivo líquido sejam usadas como parâmetros para determinar a quantidade de amônia armazenada. É adicionalmente possível que outros parâmetros sejam considerados para determinar a quantidade de amônia armazenada.

[018] A gama predefinida de estados operacionais é, de preferência, uma gama de estados operacionais na qual quantidades aumentadas de depósitos se formam no aquecedor. A gama de estados operacionais é, por exemplo, uma gama de estados operacionais na qual uma reação de conversão desejada do aditivo ocorre ou começa a ocorrer, mas não ocorre completamente, e, desse modo, podem ser formados resíduos no aquecedor. Verificou-se ser vantajoso operar então o aquecedor em modo cíclico, de modo que os depósitos ou resíduos de aditivo no aquecedor sejam convertidos e/ou queimados. Isso pode ser feito com um consumo de energia particularmente pequeno por operação cíclica do aquecedor.

[019] É particularmente vantajoso se a superfície, na qual são formados depósitos, for diretamente aquecida pelo aquecedor, porque então os depósitos na dita superfície podem ser convertidos e/ou queimados em uma maneira particularmente efetiva.

[020] O processo é particularmente vantajoso se o aquecedor compreender um corpo alveolar aquecível eletricamente. Um corpo alveolar do dito tipo tem, por exemplo, vários dutos, pelos quais o gás de descarga pode escoar. Um corpo alveolar de aquecimento do dito tipo é, em particular, mecanicamente estável, e é, acima de tudo, mais estável do que um aquecedor, que é formado de fios de aquecimento esticados pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga. Além do mais, um corpo alveolar do dito tipo tem uma área superficial particularmente grande, pela qual calor pode ser liberado do corpo alveolar para o gás de descarga. Pode ser um problema que um corpo alveolar do dito tipo tenha dutos muito pequenos, que podem ficar facilmente relativamente bloqueados. Os ditos dutos podem ser depois limpos (ou livrados de depósitos) por meio do processo descrito. O corpo alveolar aquecível pode ser, pelo menos parcialmente, revestido com um revestimento ativo. Um revestimento ativo pode converter e/ou armazenar os constituintes do gás de descarga ou do aditivo.

[021] O processo é, além do mais, vantajoso se o aditivo for um agente redutor, e pelo menos um catalisador SCR for disposto no dispositivo de tratamento de gás de descarga, a jusante do ponto de alimentação, como visto em uma direção de escoamento de gás de descarga.

[022] O dispositivo de tratamento de gás de descarga, que pode ser operado de acordo com o processo, de acordo com a invenção, compreende não apenas o aquecedor, mas, de preferência, um catalisador SCR, um catalisador de armazenamento, um catalisador de oxidação e/ou um adsorvente.

[023] O processo de redução catalítica seletiva é conduzido no catalisador SCR. O agente redutor, de preferência, solução aquosa de ureia, é então alimentado como aditivo. Um aditivo típico, usado como um agente redutor para redução catalítica seletiva, é uma solução aquosa de ureia a 32,5%, que é disponível com o nome comercial AdBlue®. Essa solução forma depósitos particularmente firmemente aderentes, se a temperatura for apenas suficiente para converter parcialmente a solução em amônia, e, em particular, não for suficiente para evaporar completamente a solução. Parte da ureia da solução então remanesce como depósitos nas superfícies tocadas pelo agente redutor líquido não evaporado no dispositivo de tratamento de gás de descarga. A amônia para a redução catalítica seletiva pode ser armazenada temporariamente em um catalisador de armazenamento. Um catalisador de armazenamento e um catalisador SCR podem ser obtidos conjuntamente em um corpo alveolar, em que o corpo alveolar tem um revestimento, que tem ambos os componentes de armazenamento de amônia e também os componentes para promover a redução catalítica seletiva.

[024] Em uma outra concretização, o dispositivo de tratamento de gás de descarga compreende um catalisador de oxidação e/ou um adsorvente. Se um catalisador de oxidação e/ou um adsorvente for ou forem usados no dispositivo de tratamento de gás de descarga, é preferível que hidrocarbonetos, em particular combustível (ou o combustível usado para o motor de combustão interna conectado), sejam alimentados como aditivo. Por meio dos hidrocarbonetos, a temperatura no dispositivo de tratamento de gás de descarga é aumentada. Para esse fim, os hidrocarbonetos são queimados em um catalisador (por exemplo, um catalisador de platina) proporcionado para esse fim. Em consequência da temperatura elevada, certas reações de conversão no catalisador de oxidação podem ser ativadas e/ou possibilitadas para que o adsorvente seja libertado dos constituintes do gás de descarga armazenado. Um adsorvente tem a tarefa, em particular, durante uma partida a frio de um motor de combustão interna, de pelo menos armazenar temporariamente os poluentes, que são gerados pelo motor de combustão interna. Isso é vantajoso, em particular quando a temperatura do dispositivo de tratamento de gás de descarga é ainda baixa, durante a partida a frio, e certas reações de conversão não podem, portanto, ocorrer no dispositivo de tratamento de gás de descarga. Posteriormente, quando a temperatura no dispositivo de tratamento de gás de descarga tiver subido acima de certas temperaturas de limiar, os poluentes armazenados no adsorvente podem ser liberados / convertidos.

[025] O revestimento para um adsorvente, um catalisador de oxidação, um catalisador SCR e/ou um catalisador de armazenamento também podem ser, pelo menos parcialmente, proporcionados no corpo alveolar aquecível eletricamente.

[026] O processo é ainda vantajoso se, na etapa b), pelo menos uma das seguintes variáveis de estado for usada para identificar o estado operacional:

[027] - pelo menos uma temperatura;

[028] - uma fluxo de massa do aditivo pelo ponto de alimentação para o dispositivo de tratamento de gás de descarga; e

[029] - um fluxo de massa da corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga.

[030] A temperatura pode ser, por exemplo, uma temperatura de gás de descarga medida no dispositivo de tratamento de gás de descarga e/ou uma temperatura de uma parede do dispositivo de tratamento de gás de descarga. A temperatura é particularmente relevante para a formação de depósitos, porque a reação de conversão, pela qual o aditivo é convertido, é significativamente dependente da temperatura, e a formação de depósitos é, desse modo, também dependente da temperatura. O fluxo de massa do aditivo determina substancialmente a taxa, com a qual os depósitos se formam no aquecedor, e a quantidade dos ditos depósitos. Pode ser, por exemplo, vantajoso aumentar a frequência do ciclo, se o fluxo de massa do aditivo for aumentado. O fluxo de massa tem um efeito erosivo nos depósitos. É, portanto, também vantajoso que o fluxo de massa da corrente de gás de descarga, no dispositivo de tratamento de gás de descarga, seja considerado para o processo. É particularmente preferível que todos os três parâmetros mencionados sejam usados para o método.

[031] O processo método é também vantajoso se, na etapa c), não apenas a frequência do ciclo, mas também um período de aquecimento, pelo qual o aquecedor é operado, durante cada período de ciclo da frequência do ciclo, é estabelecido. O período de aquecimento é, de preferência, caracterizado por uma duração de aquecimento. O período de aquecimento pode ser, por exemplo, entre 1 milissegundo e 20 segundos em duração. Se a frequência do ciclo ou a operação do aquecedor ficar na faixa preferida entre 4 hertz e 0,5 hertz, ou entre 0,05 hertz e 0,005 hertz (e o período de ciclo for, desse modo, entre 0,25 segundo e 2 segundos, ou entre 20 segundos e 200 segundos, respectivamente), o período de aquecimento é, no entanto, de preferência, entre 1 segundo e 20 segundos em duração.

[032] Esse período de aquecimento é suficiente para eliminar (ou queimar) os depósitos no aquecedor em uma maneira efetiva. Ao mesmo tempo, a entrada de energia térmica no dispositivo de tratamento de gás de descarga se mantém relativamente baixa. Em particular, nenhum aumento significativo na temperatura do gás de descarga ocorre. Por meio de uma adaptação do período de aquecimento, pode-se obter que precisamente a quantidade de energia térmica, efetivamente necessária para queima dos depósitos existentes, é introduzida no dispositivo de tratamento de gás de descarga. A duração do ciclo indica que o intervalo de tempo, do início de um período de aquecimento para o início do período de aquecimento seguinte, e é determinado, por exemplo, como a recíproca da frequência do ciclo.

[033] O método é ainda vantajoso se a frequência do ciclo for selecionada de modo que o aquecedor seja ativado por meio de 20 por cento desse tempo operacional do dispositivo de tratamento de gás de descarga, durante o qual o estado operacional do dispositivo de tratamento de gás de descarga fica na gama predefinida de estados operacionais. O aquecedor é ainda, de preferência, ativado por menos de 10%, e, particularmente, por menos de 5%. É ainda especialmente preferível que o aquecedor seja ativado por menos de 2% do tempo operacional do dispositivo de tratamento de gás de descarga. Nesse caso, os limites mais altos podem ser usados em particular para operação do veículo motorizado em tráfego urbano. Por meio do processo de acordo com a invenção, é obtido, de preferência, que, em média durante o tempo operacional, uma potência de aquecimento inferior a 500 watts, particularmente, inferior a 100 watts, e, especialmente, inferior a 50 watts, é introduzida no dispositivo de tratamento de gás de descarga. É, desse modo, possível promover uma operação de economia de energia particular do processo, e os depósitos no aquecedor são, não obstante, removidos em uma maneira efetiva.

[034] O método é, além do mais, vantajoso se uma temperatura da corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento do gás de descarga for aumentada por menos que 50°C, de preferência, ainda menos que 25°C, em consequência da operação cíclica do aquecedor. O processo é ainda vantajoso se uma temperatura da corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga for aumentada por menos que 15°C, de preferência, menos que 5°C e, particularmente, menos que 2°C, em consequência da operação cíclica do aquecedor. Por meio dessa operação do aquecedor, por apenas uma pequena fração do tempo operacional e com um pequeno aumento na temperatura da corrente de gás de descarga, é possível promover, particularmente, uma operação de economia de energia do processo, com a qual os depósitos no aquecedor são, não obstante, removidos efetivamente.

[035] O método operacional descrito acima é particularmente vantajoso se o aquecedor estiver em um estado, e/ou ser de um projeto, no qual a transferência térmica para o gás de descarga é reduzida. Nesse caso, o aquecedor pode ter, por exemplo, uma pequena área superficial aquecida, de modo que uma pequena quantidade de calor é liberada do aquecedor para a corrente de gás de descarga. É também possível que uma superfície aquecida do aquecedor ou uma região aquecida seja, pelo menos parcialmente, blindada da corrente de gás de descarga, de modo que apenas uma fração da corrente de gás de descarga fica em contato de condução de calor com o aquecedor. O aquecedor pode ser, por exemplo, disposto próximo do escoamento de outro componente no dispositivo de tratamento de gás de descarga. É também possível que o aquecedor seja composto de um material, cuja superfície tem um baixo coeficiente de transferência térmica para o gás de descarga.

[036] Nesse aspecto em particular, é preferível que um dispositivo de alimentação para o aditivo líquido seja disposto de modo que o aditivo líquido colida o mais completamente possível no aquecedor. Pode-se, desse modo, atingir, localmente e/ou nas vizinhanças diretas do aquecedor ou no aquecedor, um intenso aumento de temperatura do aquecedor, e uma conversão do aditivo líquido ocorre. É, desse modo, possível que os depósitos do aditivo líquido no aquecedor sejam evaporados, queimados e/ou ainda impedidos em uma maneira particularmente efetiva. Ao mesmo tempo, apenas uma pequena quantidade de energia térmica é necessária, porque a corrente de gás de descarga é apenas aquecida a um pequeno grau.

[037] O método é ainda vantajoso ser o ponto de alimentação for disposto a montante do aquecedor, como visto em uma direção de escoamento do gás de descarga pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga, e o aditivo é dosado na direção de escoamento do gás de descarga. O aditivo então colide com o aquecedor, em que o aditivo colide, de preferência, com o aquecedor, enquanto ainda em forma líquida (ainda no estado não evaporado). O aditivo líquido colide, de preferência, com o aquecedor enquanto na forma de gotículas. Se o aditivo líquido for um agente redutor (e, em particular, uma solução aquosa de ureia), pode ser pelo menos parcialmente convertido no aquecedor. O produto de conversão é, de preferência, amônia. Se a conversão química não ocorrer completamente (por exemplo, devido às baixas temperaturas do gás de descarga), podem ser formados depósitos no aquecedor. Os ditos depósitos são compostos, por exemplo, de ureia cristalina. Os depósitos podem ser, por exemplo, erodidos e/ou decompostos por meio do método descrito.

[038] O agente redutor convertido em amônia é, de preferência, armazenado temporariamente em um depósito, para que seja utilizado posteriormente para a redução de poluentes no gás de descarga. O depósito pode ser, por exemplo, proporcionado em um catalisador SCR, como um revestimento. O revestimento se liga temporariamente à amônia. Quando o depósito está cheio (ou carregado completamente), a amônia adicionalmente presente no dispositivo de tratamento de gás de descarga (ou, adicionalmente, o agente redutor alimentado) pode também formar depósitos. Esses depósitos podem ser também erodidos e/ou decompostos por meio do método descrito.

[039] O método é também vantajoso se o ponto de alimentação for disposto a jusante do aquecedor, como visto em uma direção de escoamento do gás de descarga pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga, e o aditivo for dosado em uma direção contrária à direção de escoamento do gás de descarga. O aditivo líquido é, de preferência, alimentado a uma pressão que é suficiente para acelerar o aditivo líquido no ponto de alimentação, de modo que o dito aditivo líquido passe pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga para o aquecedor em uma direção contrária à direção de escoamento do gás de descarga. Também nessa variante, podem ser formados depósitos, que vão ser erodidos e/ou decompostos por meio do método descrito.

[040] O método é ainda vantajoso se a alimentação do aditivo, na etapa a), ocorrer em pelo menos um tempo de injeção predefinido, em que o dito pelo menos tempo de injeção predefinido é adaptado pelo menos à frequência do ciclo da ativação do aquecedor. O dito pelo menos tempo de injeção predefinido é, muito particularmente, também adaptado à duração do ciclo da ativação do aquecedor.

[041] É preferível não apenas que um tempo de injeção, mas também pelo menos que uma duração de injeção sejam adaptados à frequência do ciclo, e, se adequado, também à duração do ciclo da ativação do aquecedor. É, por exemplo, possível que o tempo de injeção (e a duração da injeção) seja ajustada de modo que a alimentação do aditivo ocorra diretamente antes da ativação do aquecedor. Se adequado, a duração da injeção pode também se sobrepor à ativação do aquecedor. A alimentação de aditivo líquido pode ser depois feita com uma frequência do ciclo que corresponde à frequência do ciclo da ativação do aquecedor, em que os ciclos operacionais individuais dos meios de alimentação são deslocados em relação aos ciclos operacionais do aquecedor. Nesse caso, por um lado, pode-se proporcionar que, para cada ativação do aquecedor, uma alimentação de aditivo ocorre em um tempo de injeção predeterminado. Por outro lado, pode-se também proporcionar que, para uma multiplicidade de ativações do aquecedor, uma alimentação contínua comum de aditivo ocorre nesse caso em uma multiplicidade de ciclos operacionais do aquecedor com uma frequência do ciclo. Em uma outra concretização, o tempo de injeção pode ser ajustado de modo que uma série preestabelecida de ativações do aquecedor ocorra após uma alimentação de aditivo líquido.

[042] O tempo de injeção e/ou a duração de injeção podem ser adaptados não apenas à frequência do ciclo da ativação do aquecedor. É, alternativa ou adicionalmente, possível também que o tempo de injeção e/ou a duração de injeção sejam adaptados à duração do ciclo da ativação do aquecedor ou a um período de aquecimento da operação do aquecedor, durante um único ciclo operacional. Nesse caso, o período de aquecimento se refere, em particular, a uma duração da operação do aquecedor, durante um único ciclo da frequência do ciclo.

[043] O tempo de injeção corresponde, por exemplo, ao tempo de abertura de um injetor no ponto de alimentação, de modo que, por meio desse injetor, a alimentação de aditivo líquido para o dispositivo de tratamento de gás de descarga possa ser controlada. A duração de injeção corresponde então, em particular, ao período de tempo seguinte ao tempo de injeção, e durante o qual o injetor está aberto. A duração de injeção é seguida por um tempo de fechamento, no qual o injetor é fechado de novo.

[044] Propõe-se também, dentro do contexto da invenção, um veículo motorizado, tendo um motor de combustão interna, e um dispositivo de tratamento de gás de descarga para purificação dos gases de descarga do motor de combustão interna, e uma unidade de controle, que é projetada e ajustada para operar o dispositivo de tratamento de gás de descarga de acordo com o método descrito.

[045] A invenção e o campo técnico vão ser explicados em mais detalhes abaixo com base nas figuras. As figuras mostram as concretizações exemplificativas particularmente preferidas, às quais a invenção não é, no entanto, limitada. Em particular, deve-se notar que as figuras e, em particular, as proporções ilustradas são meramente esquemáticas. Nas figuras:

[046] a Figura 1 mostra uma primeira concretização de um dispositivo de tratamento de gás de descarga;

[047] a Figura 2 mostra uma segunda concretização de um dispositivo de tratamento de gás de descarga;

[048] a Figura 3 mostra uma terceira concretização de um dispositivo de tratamento de gás de descarga;

[049] a Figura 4 mostra uma quarta concretização de um dispositivo de tratamento de gás de descarga;

[050] a Figura 5 mostra um diagrama de blocos ilustrando a sequência do processo descrito;

[051] a Figura 6 mostra um diagrama ilustrando a operação de um dispositivo de tratamento de gás de descarga; e

[052] a Figura 7 mostra um corpo alveolar aquecível.

[053] As Figuras 1 a 4 mostra diferentes concretizações de um dispositivo de tratamento de gás de descarga, que pode ser operado de acordo com o processo descrito, e cujas características comuns vão ser primeiramente explicadas conjuntamente nesse caso. Todas as figuras mostram o dispositivo de tratamento de gás de descarga 1 em um veículo motorizado 14, que tem um motor de combustão interna 15. O dispositivo de tratamento de gás de descarga 1 é implantado e proporcionado para purificar os gases de descarga produzidos pelo motor de combustão interna 15. Os gases de descarga escoam pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga 1 em uma direção do fluxo do gás de descarga 9. No dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, proporciona-se, em cada caso, um ponto de alimentação 3, por meio do qual um aditivo pode ser alimentado. O ponto de alimentação 3 é suprido com aditivo por uma fonte de aditivo 24 e pode compreender um bocal, uma válvula, um injetor ou assemelhados. Em cada caso, um aquecedor 2, na forma de um substrato de catalisador aquecível 8, é proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, com a finalidade de aquecer os gases de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1. O aquecedor 2 é controlado por uma unidade de controle 16, que pode ativar (por fornecimento de corrente elétrica) e desativar o aquecedor 2.

[054] Em ambas as concretizações de acordo com as Figuras 1 e 2, um catalisador SCR 10 é proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, a jusante do ponto de alimentação 3 (e, em particular, também a jusante do aquecedor 2), como visto na direção do fluxo do gás de descarga 9, em cujo catalisador SCR o processo de redução catalítica seletiva pode ser conduzido. Em ambas as concretizações de acordo com as Figuras 1 e 2, o agente redutor, e, em particular, a solução aquosa de ureia, é alimentado como aditivo. Na concretização de acordo com a Figura 1, o ponto de alimentação 3 é disposto a montante do aquecedor 2, como visto na direção do fluxo do gás de descarga 9. Na concretização de acordo com a Figura 2, o ponto de alimentação 3 é disposto a jusante do aquecedor 2, como visto na direção do fluxo do gás de descarga 9.

[055] Na concretização de acordo com a Figura 3, um adsorvente 19 (em particular, um catalisador adsorvente) é proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, a jusante do ponto de alimentação 3 (e, de preferência, também a jusante do aquecedor 2), como visto na direção do fluxo do gás de descarga 9, em cujo adsorvente certos constituintes poluentes, presentes no gás de descarga do motor de combustão interna 15, podem ser armazenados temporariamente. Nessa concretização, os hidrocarbonetos (ou, em particular, combustível) são preferivelmente alimentados como aditivo pelo ponto de alimentação 3.

[056] Na concretização de acordo com a Figura 4, um catalisador de oxidação 20 é proporcionado no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, a jusante do ponto de alimentação 3 (e, de preferência, também a jusante do aquecedor 2), como visto na direção do fluxo do gás de descarga 9, em cujo catalisador de oxidação certos constituintes poluentes, presentes no gás de descarga do motor de combustão interna 15, podem ser convertidos. Nessa concretização, é preferível que os hidrocarbonetos (e, em particular, combustível) sejam alimentados como aditivo no ponto de alimentação 3, cujos hidrocarbonetos podem ser queimados no dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, para aumentar a temperatura no catalisador de oxidação 20, e, desse modo, ativar certas reações de conversão no catalisador de oxidação 20.

[057] A Figura 5 mostra um fluxograma de uma concretização do processo descrito. A ilustração mostra as etapas do processo a), b), c) e d), que são conduzidas sucessivamente. As etapas do processo a), b), c) e d) também podem ser repetidas conjuntamente na maneira de um circuito fechado. A dosagem de aditivo é conduzida inicialmente na etapa a). A dosagem de aditivo na etapa a) é um pré-requisito para o início das etapas do processo subsequentes b), c) e d). O processo descrito é, de preferência, conduzido quando uma alimentação de aditivo no dispositivo de tratamento de gás de descarga ocorre. As etapas do processo b), c) e d) não precisam ser conduzidas a cada vez que a etapa do processo a) é conduzida. É, por exemplo, adequado que as etapas do processo sejam conduzidas com uma regularidade tal que depósitos no aquecedor podem ser identificados em um momento adequado e eliminados por meio do processo. Na etapa do processo b), um estado operacional 4 é determinado ou calculado de várias variáveis de estado 5 do dispositivo de tratamento de gás de descarga. O dito estado operacional 4 é proporcionado pela etapa do processo b) para as etapas do processo c) e d). Na etapa do processo c), se o estado operacional 4 ficar em uma gama de estados operacionais, uma frequência do ciclo 6 e um período de aquecimento 11 (ou uma duração do período de aquecimento) são determinados. A frequência do ciclo 6 e o período de aquecimento 11 são também proporcionados para a etapa d). Na etapa do processo d), um aquecedor, em um dispositivo de tratamento de gás de descarga, é operado com a frequência do ciclo 6 e o período de aquecimento 11, se o estado operacional 4 ficar em uma certa gama de estados operacionais.

[058] A Figura 6 mostra um diagrama ilustrando a operação de um dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, de acordo com um dos processos descritos no presente relatório descritivo. Um tempo operacional 13 de um dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, ou de um motor de combustão interna 15 conectado ao dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, é representado graficamente no eixo horizontal. O estado operacional 4 do dispositivo de tratamento de gás de descarga 1 é representado graficamente no eixo vertical. Uma gama de estados operacionais 7 é também marcada. O estado operacional 4 fica na gama de estados operacionais 7 pelo intervalo de tempo 17. O dispositivo de tratamento de gás de descarga 1 é, portanto, operado de acordo com o processo descrito no intervalo de tempo 17. Nesse caso, um aquecedor 2 é operado ciclicamente com uma frequência do ciclo 6 e uma duração do ciclo 12 resultante, em que um período de aquecimento 11 é proporcionado em cada duração do ciclo 12. Para ilustrar o efeito do aquecedor, uma temperatura do aquecedor 18 é também representada graficamente na Figura 6. A temperatura do aquecedor 18 registra as deflexões quando o aquecedor 2 é ativado. As deflexões da temperatura do aquecedor 18 são selecionadas para serem especificamente de uma intensidade tal que os depósitos no aquecedor 2 são queimados ou erodidos efetivamente.

[059] A Figura 7 mostra um aquecedor 2 na forma de um corpo alveolar aquecível 8. O corpo alveolar 8 é de uma forma em S e tem dutos 21, pelos quais o gás de descarga pode escoar. O corpo alveolar 8 é produzido de um conjunto de camadas (de preferência, folhas) metálicas corrugadas e lisas enroladas em uma forma de S. Para que seja mecanicamente estável, um corpo alveolar 8 do dito tipo é preferivelmente suportado, por meio de pinos de suporte isolados eletricamente, em um corpo alveolar de suporte (não ilustrado no presente relatório descritivo). No corpo alveolar 8 são proporcionados os terminais 23, para a introdução de uma corrente elétrica de aquecimento no corpo alveolar 8. O corpo alveolar 8 tem um isolador 22, formado como um vão livre ou com material isolante, cujo isolador predefine uma rota de corrente pelo corpo alveolar 8, e por meio desse isolador os terminais 23 são conectados entre si. A construção de um corpo alveolar aquecível 8 do dito tipo é descrita, por exemplo, no pedido de patente europeia EP 0 541 585 B1, cujo conteúdo integral é referido no presente relatório descritivo. Se os dutos 21 do substrato de catalisador 8 ficarem bloqueados por depósitos, menos gás de descarga escoa por eles. Isso resulta em uma maior contrapressão do dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, e o aquecimento efetivo da corrente de gás de descarga pelo corpo alveolar 8 é impedido. O corpo alveolar aquecível 8 tem uma superfície 25, que é aquecida quando o corpo alveolar aquecível 8 é operado.

[060] A Figura 8 mostra uma modificação do diagrama da Figura 6. Os sinais de referência, já explicados com relação à Figura 6, são também usados de novo no diagrama da Figura 8, e, portanto, não precisam ser explicados de novo. A alimentação de um aditivo líquido é ilustrada adicionalmente na Figura 8. A alimentação de aditivo líquido ocorre sempre em um tempo de injeção 26 e com uma duração de injeção 27. O tempo de injeção 26 e a duração de injeção 27 podem ser adaptados à operação do aquecedor, e, em particular, à frequência do ciclo 6 da operação do aquecedor, à duração do ciclo 12 e/ou ao período de aquecimento 11 do aquecedor.

[061] O método descrito possibilita que um aquecedor, em um dispositivo de tratamento de gás de descarga 1, seja operado de um modo tal que depósitos no aquecedor 2 sejam impedidos ou removidos efetivamente, sem a necessidade de uso de uma quantidade de energia elétrica excessivamente grande. Lista de números de referência 1 - dispositivo de tratamento de gás de descarga 2 - aquecedor 3 - ponto de alimentação 4 - estado operacional 5 - variável de estado 6 - frequência do ciclo 7 - gama de estados operacionais 8 - corpo alveolar 9 - direção do fluxo do gás de descarga 10 - catalisador SCR 11 - período de aquecimento 12 - duração do ciclo 13 - tempo operacional 14 - veículo motorizado 15 - motor de combustão interna 16 - unidade de controle 17 - intervalo de tempo 18 - temperatura do aquecedor 19 - adsorvente 20 - catalisador de oxidação 21 - duto 22 - isolador 23 - terminal 24 - fonte de aditivo 25 - superfície 26 - tempo de injeção 27 - duração de injeção

Claims

1. Método para operar um dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), tendo um aquecedor elétrico (2) para aquecer pelo menos uma corrente de gás de descarga ou uma superfície (25) no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), e tendo um ponto de alimentação (3) para alimentar um aditivo no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), de modo que o aditivo impinge no aquecedor elétrico (2), caracterizado pelo fato de que apresenta as seguintes etapas, a) alimentar aditivo ao ponto de alimentação (3); b) identificar, com base em pelo menos uma variável de estado (5), um estado operacional (4) do dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), no qual podem ser formados depósitos no aquecedor elétrico (2); c) ajustar uma frequência do ciclo (6) em função do estado operacional, se o estado operacional, identificado na etapa b) ficar em uma gama predefinida de estados operacionais (7); e d) ativar e desativar ciclicamente o aquecedor elétrico (2) na frequência do ciclo (6) ajustada, se o estado operacional (4), identificado na etapa b) ficar em uma gama predefinida de estados operacionais (7).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecedor (2) compreende um corpo alveolar aquecível eletricamente (8).

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aditivo é um agente redutor, e pelo menos um catalisador SCR (10) é disposto no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), a jusante do ponto de alimentação (3), como visto na direção do fluxo do gás de descarga (9).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa b), pelo menos uma das seguintes variáveis de estado (5) é usado para identificar o estado operacional (4): - pelo menos uma temperatura; - um fluxo de massa do aditivo pelo ponto de alimentação (3) para o dispositivo de tratamento de gás de descarga (1); e - um fluxo de massa da corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa c), não apenas a frequência do ciclo (6), mas também um período de aquecimento (11), pelo qual o aquecedor (2) é operado, durante cada duração do ciclo (12) da frequência do ciclo (6), é estabelecido.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a frequência do ciclo (6) é selecionada de modo que o aquecedor (2) seja ativado por menos de 20 por cento daquele tempo operacional (13) do dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), durante o qual o estado operacional (4) do dispositivo de tratamento de gás de descarga (1) fica na gama predefinida de estados operacionais (7).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma temperatura da corrente de gás de descarga no dispositivo de tratamento de gás de descarga (1) é aumentada por menor de 50°C, em consequência da operação cíclica do aquecedor (2).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o ponto de alimentação (3) é disposto a montante do aquecedor (2), como visto em uma direção do fluxo do gás de descarga (9) pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), e o aditivo é dosado na direção do fluxo do gás de descarga (9).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o ponto de alimentação (3) é disposto a jusante do aquecedor (2), como visto em uma direção do fluxo do gás de descarga (9) pelo dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), e o aditivo é dosado na direção do fluxo do gás de descarga (9).

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a alimentação de aditivo na etapa a) ocorre no pelo menos um tempo de injeção predefinido (26), sendo que o dito pelo menos um tempo de injeção predefinido (26) é adaptado à frequência do ciclo (6) da ativação do aquecedor (2).

11. Veículo motorizado (14) com um motor de combustão interna (15), caracterizado pelo fato de que tem um dispositivo de tratamento de gás de descarga (1) para purificação dos gases de descarga do motor de combustão interna (15), e uma unidade de controle (16), que é projetada e ajustada para operar o dispositivo de tratamento de gás de descarga (1), de acordo com um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.