BR112022004268B1 - Sistema de pós-tratamento incluindo catalisador de oxidação de preaquecimento para tratar gás de escape produzido por um motor e método para controlar operações de um sistema de pós-tratamento - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTO INCLUINDO CATALISADOR DE OXIDAÇÃO DE PREAQUECIMENTO PARA TRATAR GÁS DE ESCAPE PRODUZIDO POR UM MOTOR, MÉTODO PARA CONTROLAR OPERAÇÕES DE UM SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTO E CONTROLADOR PARA CONTROLAR OPERAÇÕES DE UM SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTO. A presente invenção refere-se a um sistema de pós-tratamento para tratar um gás de escape que compreende um conduto de escape, um catalisador de oxidação de preaquecimento, um catalisador de oxidação primário disposto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento e um sistema de redução catalítica seletiva disposto no conduto de escape a jusante do catalisador de oxidação primário. Um controlador é configurado para determinar uma temperatura de um gás de escape em uma entrada do sistema de redução catalítica seletiva. Em resposta à temperatura estar abaixo de uma temperatura limite, o controlador gera um sinal de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no interior ou a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape até acima da temperatura limite.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS CORRELATOS

[001]O presente pedido reivindica o benefício do pedido provisório de patente n° U.S. 62/900.220, depositado em 13 de setembro de 2019, cuja revelação completa está aqui incorporada a título de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002]A presente revelação se refere de modo geral ao campo dos sistemas de pós-tratamento e em particular a sistemas e métodos para gerenciar a temperatura em um sistema de pós-tratamento.

ANTECEDENTES

[003]Os sistemas de pós-tratamento de escape são usados para receber e tratar o gás de escape gerado por motores de combustão interna. De modo geral, os sistemas de pós-tratamento do gás de escape compreendem qualquer um dentre vários componentes diferentes para reduzir os teores de emissões nocivas de escape presentes no gás de escape. Por exemplo, certos sistemas de pós-tratamento de gás de escape para motores de combustão interna movidos a diesel compreendem um sistema de redução catalítica seletiva ("SCR" - selective catalytic reduction), incluindo um catalisador formulado para converter NOx (NO e NO2 em alguma fração) em gás nitrogênio (N2) e vapor d’água (H2O) inócuos na presença de amônia (NH3). De modo geral, nesses sistemas de pós-tratamento, um redutor de escape (por exemplo, um fluido de escape de motor a diesel, como ureia) é injetado no sistema de SCR para fornecer uma fonte de amônia e misturado com o gás de escape para reduzir parcialmente os gases de NOx. Os subprodutos da redução do gás de escape são então colocados em comunicação fluida com o catalisador incluído no sistema de SCR para decompor substancialmente a totalidade dos gases de NOx em subprodutos relativamente inócuos que são expelidos do sistema de pós-tratamento.

[004]Em certas situações, por exemplo, quando um motor é iniciado a frio, uma temperatura do gás de escape pode ser muito baixa para decompor efetivamente o redutor e gerar amônia. Além disso, uma temperatura de SCR do sistema de SCR pode estar abaixo de uma temperatura operacional ideal do sistema de SCR. Isso pode fazer com que uma eficiência de conversão catalítica do sistema de SCR seja mais baixa do que uma eficiência de conversão catalítica desejada, o que leva a uma quantidade mais alta de gases de NOx no gás de escape que é expelido para o ambiente após passar através do sistema pós-tratamento, o que é indesejável.

SUMÁRIO

[005]As modalidades descritas no presente documento se referem de modo geral a sistemas e métodos para aquecer um gás de escape que flui para um sistema de pós-tratamento e, em particular, a sistemas de pós-tratamento que incluem um catalisador de oxidação de preaquecimento que queima hidrocarbonetos inseridos no mesmo quando a temperatura do gás de escape que entra no sistema de pós- tratamento está abaixo de uma temperatura limite, de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape.

[006]Em algumas modalidades, um sistema pós-tratamento para tratar o gás de escape produzido por um motor compreende: um conduto de escape configurado para receber o gás de escape; um catalisador de oxidação de preaquecimento; um catalisador de oxidação primário disposto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento; um sistema de SCR disposto no conduto de escape a jusante do catalisador de oxidação primário; e um controlador. O controlador é configurado para determinar uma temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de SCR e, em resposta à temperatura do gás de escape na entrada do sistema de SCR estar abaixo de uma temperatura limite, gerar um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento. O catalisador de oxidação de preaquecimento é configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos inseridos de modo a aumentar a temperatura do gás de escape para estar acima da temperatura limite.

[007]Em algumas modalidades, o controlador é configurado para fazer com que os hidrocarbonetos sejam inseridos em resposta a uma temperatura do gás de escape ser maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[008]Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento compreende adicionalmente um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento, sendo que o controlador é configurado para ativar seletivamente o aquecedor em resposta à temperatura do gás de escape ser menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[009]Em algumas modalidades, o controlador é adicionalmente configurado para, em resposta à temperatura do gás de escape atingir uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário, mas ainda abaixo da temperatura limite, inserir hidrocarbonetos no catalisador de oxidação primário ou no gás de escape entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

[010]Em algumas modalidades, o controlador é adicionalmente configurado para, em resposta ao aumento da temperatura do sistema de SCR ser igual ou maior que uma temperatura limite superior que é maior que a temperatura limite, interromper a inserção dos hidrocarbonetos.

[011]Em algumas modalidades, o sistema de SCR compreende um catalisador a montante e um catalisador a jusante disposto a jusante do catalisador a montante. Em algumas modalidades, o catalisador a montante compreende um catalisador de FeZ. Em algumas modalidades, o catalisador a jusante compreende um catalisador de CuZ.

[012]Em algumas modalidades, os hidrocarbonetos são inseridos através de um conjunto de inserção de hidrocarboneto incluído no sistema pós-tratamento e/ou através do motor. Em algumas modalidades, o catalisador de oxidação de preaquecimento tem uma temperatura de início de reação que é inferior à temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário.

[013]Em algumas modalidades, o sistema pós-tratamento compreende adicionalmente um primeiro injetor de hidrocarboneto disposto a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento; e um segundo injetor de hidrocarboneto disposto entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

[014]Em algumas modalidades, um método para controlar operações de um sistema de pós-tratamento que compreende um catalisador de oxidação de preaquecimento, um catalisador de oxidação primário disposto a jusante do catalisador de oxidação primário e um sistema de SCR disposto a jusante do catalisador de oxidação primário, sendo que o método compreende determinar, por um controlador, uma temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de SCR; e em resposta à temperatura do gás de escape na entrada do sistema de SCR estar abaixo de uma temperatura limite, gerar, pelo controlador, um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento, sendo que o catalisador de oxidação de preaquecimento é configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos inseridos de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape até estar acima da temperatura limite.

[015]Em algumas modalidades, os hidrocarbonetos são inseridos, pelo controlador, em resposta a uma temperatura do gás de escape ser maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[016]Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento compreende adicionalmente um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento, e sendo que o método compreende adicionalmente a ativação do aquecedor, pelo controlador, em resposta à temperatura do gás de escape ser menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[017]Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente: em resposta à temperatura do gás de escape atingir uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário, mas ainda estar abaixo da temperatura limite, causar inserção de hidrocarbonetos, pelo controlador, no catalisador de oxidação primário ou no gás de escape entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

[018]Em algumas modalidades, o método compreende adicionalmente: em resposta à temperatura do sistema de redução catalítica seletiva aumentar para ser igual ou maior a uma temperatura limite superior que é maior que a temperatura limite, parar, pelo controlador, a inserção dos hidrocarbonetos.

[019]Em algumas modalidades, um controlador para controlar operações de um sistema de pós-tratamento que compreende um catalisador de oxidação de preaquecimento, um catalisador de oxidação primário disposto a jusante do catalisador de oxidação primário e um sistema de SCR disposto a jusante do catalisador de oxidação primário é configurado para: determinar uma temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de SCR; e em resposta à temperatura do gás de escape na entrada do sistema de SCR estar abaixo de uma temperatura limite, gerar um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento, sendo que o catalisador de oxidação de preaquecimento é configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos inseridos de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape até acima da temperatura limite.

[020]Em algumas modalidades, o controlador gera o comando de inserção de hidrocarbonetos em resposta a uma temperatura do gás de escape que é maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[021]Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento compreende adicionalmente um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento, e sendo que o controlador é adicionalmente configurado para: ativar seletivamente o aquecedor em resposta à temperatura do gás de escape sendo menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

[022]Em algumas modalidades, o controlador é adicionalmente configurado para: em resposta à temperatura do gás de escape atingir uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário, mas ainda abaixo da temperatura limite, causar a inserção dos hidrocarbonetos no catalisador de oxidação primário ou no gás de escape entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

[023]Deve-se observar que todas as combinações dos conceitos mencionados anteriormente e conceitos adicionais discutidos em maiores detalhes abaixo (desde que tais conceitos não sejam mutuamente inconsistentes) são contempladas como uma parte da matéria da invenção revelada neste documento. Em particular, todas as combinações da matéria reivindicada que aparecem no final desta revelação são contempladas como uma parte da matéria da invenção revelada neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[024]Os recursos da presente revelação anteriormente mencionados e outros se tornarão mais completamente evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações anexas, tomadas em conjunto com os desenhos em anexo. Compreendendo-se que esses desenhos ilustram apenas várias implementações de acordo com a revelação e, portanto, não devem ser considerados limitadores de seu escopo, a revelação será descrita com especificidade e detalhes adicionais por meio do uso dos desenhos anexos.

[025]A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de pós- tratamento que inclui um catalisador de oxidação de preaquecimento, de acordo com uma modalidade.

[026]A Figura 2 representa gráficos que mostram temperaturas de um gás de escape que foi emitido por um motor na partida a frio, fluindo em direção a um sistema de SCR a jusante sem preaquecimento do escape (linha de base SM) e com o escape sendo preaquecido por um catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + SM).

[027]A Figura 3 representa gráficos que mostram temperaturas de um gás de escape, que foi emitido por um motor em partida quente, fluindo em direção a um sistema de SCR a jusante sem preaquecer o gás de escape (linha de base SM) e com o escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + SM).

[028]A Figura 4 representa gráficos que mostram um aumento na temperatura de entrada de SCR ao longo do tempo devido a um gás de escape, que foi emitido por um motor na partida a frio, sem o gás de escape ser preaquecido (A1) e com o gás de escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (A5).

[029]A Figura 5 representa gráficos que mostram um aumento na temperatura de entrada de SCR ao longo do tempo devido a um gás de escape, que foi emitido por um motor em partida quente, sem o gás de escape ser preaquecido (A1) e com o gás de escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (A5).

[030]A Figura 6 é um gráfico de barras mostrando a quantidade de NOx emitida a partir de um tubo de escapamento de um sistema de pós-tratamento (ATS) que não inclui o catalisador de oxidação de preaquecimento (ATS convencional), um sistema de pós-tratamento que inclui um catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + ATS convencional) e um sistema de pós-tratamento que inclui o catalisador de oxidação de preaquecimento e um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação (aquecedor 2 kW + ccDOC + ATS convencional).

[031]A Figura 7 é um diagrama de fluxo esquemático de um método para gerenciar a temperatura em um sistema de pós-tratamento, de acordo com uma modalidade.

[032]É feita referência aos desenhos em anexo por toda a descrição detalhada a seguir. Nos desenhos, símbolos similares tipicamente identificam componentes similares, exceto quando o contexto declarar em contrário. As implementações ilustrativas descritas na descrição detalhada, nos desenhos e nas reivindicações não se destinam a ser limitadoras. Outras implementações podem ser usadas, e outras alterações podem ser feitas, sem que se afaste do espírito ou do escopo do assunto aqui apresentado. Será prontamente entendido que os aspectos da presente revelação, conforme aqui genericamente descritos e ilustrados nas figuras, podem ser dispostos, substituídos, combinados e projetados em uma ampla variedade de diferentes configurações, todas as quais são explicitamente contempladas e tornadas parte da presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[033]As modalidades descritas no presente documento se referem de modo geral a sistemas e métodos para aquecer um gás de escape que flui para um sistema de pós-tratamento e, em particular, para os sistemas pós-tratamento que incluem um catalisador de oxidação de preaquecimento que queimam hidrocarbonetos inseridos no mesmo quando a temperatura do gás de escape que entra no sistema de pós-tratamento está abaixo de uma temperatura limite de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape.

[034]Sistemas de pós-tratamento que podem alcançar NOx ultrabaixo em um tubo de escapamento do sistema de pós-tratamento (por exemplo, redução superior a 50-75% de gases de NOx) são desejáveis para atender às futuras regulamentações de emissão para motores a diesel. Um dos principais obstáculos para satisfazer regulamentações ultrabaixas de NOx é a incapacidade dos sistemas de SCR convencionais em converter NOx em baixas temperaturas, por exemplo, a temperaturas menores que cerca de 175 graus Celsius. Devido à baixa atividade de sistemas de SCR convencionais a baixas temperaturas, um NOx significativo é emitido no tubo de escapamento durante a partida a frio, isto é, quando um gás de escape é emitido por um motor que é iniciado após estar frio por algum tempo. Para atender as regulamentações de NOx ultrabaixas, uma redução superior a 50 a 75% de NOx do tubo de escapamento é necessária em comparação com as atuais regulamentações de NOx no tubo de escape. No entanto, as futuras regulamentações também exigem emissões de gases de efeito estufa (por exemplo CO2) inferiores.

[035]Várias soluções foram propostas para atender regulamentações de NOx ultrabaixas, bem como a regeneração do filtro (por exemplo, filtros de particulados de diesel) incluídos em sistemas pós-tratamento. Estas incluem, por exemplo, aumentar as temperaturas do motor mediante o aumento da quantidade de combustível que é queimado no motor (por exemplo, o motor em trabalho com condições ricas) para aquecer o sistema de SCR mais rapidamente e aumentar a eficiência de conversão de NOx. Essa abordagem, no entanto, diminui a eficiência do combustível pois uma quantidade maior de combustível deve ser queimada no motor para aumentar a temperatura do gás de escape do motor e também aumenta as emissões de CO2.

[036]Outra abordagem inclui diminuir a massa térmica a montante do sistema de SCR, que pode exigir diferentes arquiteturas em comparação com arquiteturas de pós-tratamento convencionais. Por exemplo, uma abordagem inclui remover o filtro a montante e posicionar o filtro após o sistema de SCR. Entretanto, esse tipo de arquitetura tem compensações significativas com o intervalo de regeneração do filtro, porque a colocação do sistema de SCR a montante do filtro consome todo NOx, resultando em oxidação de fuligem passiva entre mínima e não existente. Isso resulta em eventos frequentes de regeneração à base de fuligem. De modo similar, para outras arquiteturas que envolvem a diminuição da massa térmica a montante do sistema de SCR, existem normalmente compensações significativas, tornando sua implementação difícil. Um aquecedor externo pode ser acoplado de modo operacional ao sistema de SCR para aumentar sua temperatura na partida do motor, mas isso aumenta o consumo de energia e a complexidade do sistema de pós-tratamento.

[037]O princípio principal dessas abordagens é obter um NOx © no tubo de escapamento (por exemplo, redução superior a 75% de NOx) durante um ciclo transitório, isto é, quando o gás de escape está a uma temperatura inferior a uma temperatura operacional ideal do sistema de SCR (por exemplo, inferior a cerca de 175 graus Celsius). Esse gás de escape de baixa temperatura é geralmente emitido pelo motor durante os primeiros 400 a 500 segundos dos ciclos de procedimento de teste federal (FTP - "federal test procedure") a frio e quente e resulta em cerca de 90 a 95% de uma quantidade inicial de NOx incluída no gás de escape que entra no sistema de pós-tratamento, para ser expelido para o ambiente. Isso ocorre porque o sistema de SCR não está ativo nessas temperaturas, e o redutor não pode ser dosado durante os primeiros segundos de ciclo frio e quente devido à baixa temperatura. No entanto, como anteriormente descrito neste documento, as abordagens convencionais têm várias desvantagens que limitam sua viabilidade.

[038]Várias modalidades dos sistemas e métodos aqui descritos podem fornecer um ou mais benefícios incluindo, por exemplo: (1) aumentar a temperatura de um gás de escape entrando em um sistema de SCR até uma temperatura ideal para operação do sistema de SCR durante fase transitória via um catalisador de oxidação de preaquecimento disposto a montante do sistema de SCR; (2) fornecer massa térmica mais baixa a montante do sistema de SCR; (3) permitir a fácil integração com os sistemas pós-tratamento existentes; e (4) fornecer emissões de NOx ultrabaixas em um tubo de escapamento do sistema pós-tratamento durante a fase transitória.

[039]A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de pós- tratamento 100, de acordo com uma modalidade. O sistema de pós-tratamento 100 é configurado para receber um gás de escape (por exemplo, um gás de escape diesel) de um motor 10 e decompor os constituintes dos gases de escape, como por exemplo gases de NOx CO, etc. O sistema de pós-tratamento 100 inclui um tanque de armazenamento de redutor 110, um conjunto de inserção de redutor 112, um sistema de SCR 150, um catalisador de oxidação primário 120, um catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e um controlador 170, e pode opcionalmente também incluir um conjunto de inserção de hidrocarboneto 114, um filtro 130, um misturador 140 e um catalisador de oxidação de amônia 160.

[040]O motor 10 pode ser um motor de combustão interna, por exemplo, um motor a diesel, um motor a gasolina, um motor de gás natural, um motor a biodiesel, um motor de combustível duplo, um motor a álcool, um motor a combustível E85 ou qualquer outro motor de combustão interna adequado.

[041]O tanque de armazenamento de redutor 110 contém um redutor formulado para facilitar a redução dos constituintes do gás de escape (por exemplo, NOx) por um catalisador incluído no sistema de SCR 150. Em modalidades nas quais o gás de escape é um gás de escape de diesel, o redutor pode incluir um fluído de escape de diesel (DEF - "diesel exhaust fluid") que fornece uma fonte de amônia. DEFs adequados podem incluir ureia, solução aquosa de ureia ou qualquer outro DEF (por exemplo, o DEF disponível sob o nome comercial de ADBLUE®). Em modalidades particulares, o redutor inclui uma solução aquosa de ureia contendo 32,5% de ureia e 67,5% de água desionizada. Em outras modalidades, o redutor inclui uma solução aquosa de ureia contendo 40% de ureia e 60% de água desionizada.

[042]O conjunto de inserção de redutor 112 é acoplado de forma fluida ao tanque de armazenamento de redutor 110 e é configurado para receber o redutor do tanque de armazenamento de redutor 110 e inserir o redutor no gás de escape que flui através do sistema de pós-tratamento 100, por exemplo, a montante do sistema de SCR 150.

[043]O sistema de SCR 150 é configurado para receber e tratar o gás de escape (por exemplo, um gás de escape de diesel) que flui através do sistema de SCR 150 na presença de amônia. O sistema de pós-tratamento 100 inclui um conduto de escape 101 que define um trajeto de fluxo de escape para comunicar o gás de escape. O sistema de SCR 150 é posicionado dentro do conduto de escape 101. Em algumas modalidades, o conduto de escape 101 inclui um tubo de entrada 102 posicionado a montante do sistema de SCR 150 e configurado para receber gás de escape do motor 10 e comunicar o gás de escape para o sistema de SCR 150. O conduto de escape 101 também pode incluir um tubo de saída 104 para expelir gás de escape tratado no ambiente. O tubo de saída 104 pode ser acoplado a um tubo de escapamento. Em algumas modalidades, o sistema de SCR 150 pode incluir um catalisador a montante 152 (por exemplo, um catalisador de FeZ) e um catalisador a jusante 154 (por exemplo, um catalisador de CuZ).

[044]Um catalisador de oxidação primário 120 (por exemplo um catalisador de oxidação de diesel) pode ser posicionado a montante da unidade de SCR 150 e configurado para oxidar hidrocarbonetos não queimados que podem estar presentes no gás de escape. Um filtro 130 (por exemplo, um filtro de partículas de diesel) pode ser disposto a jusante do catalisador de oxidação primário 120 e a montante do sistema de SCR 150 e é configurado para filtrar matéria particulada (por exemplo, fuligem, cinzas, etc.) incluídas no gás de escape. Em algumas modalidades, o conjunto de inserção de hidrocarbonetos 114 é configurado para inserir hidrocarbonetos nos gases de escape a montante do catalisador de oxidação primário 120. O catalisador de oxidação primário 120 é configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos de modo a aumentar uma temperatura do gás de escape para uma temperatura suficiente para regenerar o filtro 130 e/ou o sistema de SCR 150.

[045]Em algumas modalidades, um misturador 140 pode ser disposto a montante do sistema de SCR 150 e configurado para facilitar a mistura do redutor com o gás de escape antes que o redutor flua para o sistema de SCR 150. Em algumas modalidades, o catalisador de oxidação de amônia 160 pode ser disposto a jusante do sistema de SCR 150 e configurado para tratar qualquer amônia que possa permanecer não consumida pelo sistema de SCR 150, isto é, prevenir o escorregamento de amônia.

[046]Conforme descrito anteriormente no presente documento, durante fases transitórias, por exemplo, durante ciclos de motor frio ou quente, uma temperatura do gás de escape pode ser menor que uma temperatura limite, por exemplo, inferior a cerca de 175 graus Celsius. Em tais temperaturas baixas, o redutor pode não se decompor completamente e o sistema de SCR 150 pode estar operando a uma temperatura na qual uma eficiência de conversão catalítica do sistema de SCR 150 é significativamente inferior a uma eficiência de conversão catalítica ideal do mesmo. Isso pode levar a emissões mais elevadas de NOx no gás de escape expelidas do sistema de pós-tratamento 100.

[047]Para aumentar a temperatura do gás de escape durante tais fases transitórias, o sistema de pós-tratamento 100 também inclui um catalisador de oxidação de preaquecimento 180 disposto a montante do catalisador de oxidação primário 120. O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode incluir um catalisador de substrato revestido, por exemplo, incluindo um substrato metálico, cordierita, espuma metálica ou qualquer outro substrato. Em algumas modalidades, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode ser disposto no tubo de entrada 102. Em algumas modalidades, o conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 é configurado para inserir seletivamente hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180.

[048]Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento 100 pode incluir um primeiro injetor de hidrocarboneto (HC) 116a disposto a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, e pode também incluir um segundo injetor de HC 116b disposto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e a montante do catalisador de oxidação primário 120. Em algumas modalidades, o conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 pode ser configurado para inserir hidrocarbonetos no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 através do primeiro injetor de HC 116a. O conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 pode inserir hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 quando a temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de SCR 150 (temperatura de entrada de SCR) medida por um sensor de temperatura de SCR 107 é inferior a uma temperatura limite (por exemplo, inferior a cerca de 175 graus Celsius). Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser fornecidos através do motor 10.

[049]O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 é configurado para gerar calor através da queima de hidrocarbonetos, o que aquece o gás de escape e desse modo o sistema de SCR a jusante 150. Isso aumenta a eficiência de conversão catalítica do sistema de SCR 150 e leva a emissões ultrabaixas de NOx mesmo durante fases transitórias do motor 10 (por exemplo, em partida a frio ou partida a quente). O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 é especificamente projetado para queimar hidrocarbonetos a uma temperatura mais baixa e gerar calor. Quando hidrocarbonetos (por exemplo, combustível diesel) são injetados sobre o catalisador de oxidação de preaquecimento 180, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 oxida esses hidrocarbonetos e gera calor. Esse calor pode, por sua vez, aquecer mais rápido os componentes de pós-tratamento a jusante, por exemplo, o sistema de SCR 150. O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 é usado principalmente para gerar o calor para aquecer mais rápido o sistema de SCR a jusante 150 e é projetado para fornecer geração de calor limitada em comparação com o catalisador de oxidação primário 120 que pode gerar calor suficiente para regenerar o filtro 130, por exemplo, quando o filtro 130 é preenchido com fuligem.

[050]Em algumas modalidades, um turbocompressor 184 pode ser instalado a montante do sistema de pós-tratamento 100 de modo que o gás de escape flua através do turbocompressor 184 antes de passar através do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e fluir em direção ao sistema de SCR 150. O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 oferece a vantagem de menor massa térmica em comparação com o catalisador de oxidação primário 120, uma vez que o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 está localizado mais próximo do turbocompressor 184, a perda de calor devido ao tubo descendente pode ser evitada e pode ser projetada especificamente para geração de calor pela reação de hidrocarbonetos. O catalisador de oxidação de preaquecimento 180 também tem uma temperatura de início de reação mais baixa (isto é, a temperatura na qual o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode inflamar os hidrocarbonetos) do que o catalisador de oxidação primário 120, de modo que o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 possa inflamar os hidrocarbonetos a uma temperatura mais baixa, por exemplo, a temperaturas inferiores a cerca de 175 graus Celsius.

[051]Em algumas modalidades, um aquecedor 182 (por exemplo, um aquecedor de 2 kW) pode ser acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e configurado para aquecer seletivamente o catalisador de oxidação de preaquecimento 180, por exemplo, quando a temperatura do gás de escape é menor do que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. O uso do aquecedor 182 fornece um benefício adicional de que os hidrocarbonetos podem ser dosados anteriormente permitindo melhor controle sobre emissões de NOx. O uso do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 é, de preferência, queimar o combustível no motor 10, pois queimar o combustível sobre o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 tipicamente tem melhor eficiência térmica em comparação com a queima de combustível no motor 10. Em outras modalidades, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode incluir um catalisador eletricamente aquecido, por exemplo, contendo enrolamentos elétricos configurados para aquecer o catalisador de oxidação.

[052]Um sensor de temperatura 103 pode ser disposto no tubo de entrada 102 e configurado para medir uma temperatura do gás de escape emitido pelo motor 10, por exemplo, após passar pelo turbocompressor 184. O sensor de temperatura de SCR 107 pode ser disposto a montante do sistema de SCR 150, por exemplo, entre o sistema de SCR 150 e o catalisador de oxidação primário 120 e configurado para medir a temperatura de entrada de SCR. O controlador 170 é acoplado de modo operacional ao conjunto de inserção de hidrocarboneto 114, ao sensor de temperatura 103 e ao sensor de temperatura de SCR 107. Em algumas modalidades, o controlador 170 também pode ser operativamente acoplado ao conjunto de inserção de redutor 112. O controlador 170 pode incluir um ou mais componentes configurados para executar as operações do controlador 170, conforme descrito no presente documento. Por exemplo, o controlador 170 pode incluir um processador (por exemplo, um microprocessador, controlador lógico programável (CLP - "programmable logic controller"), um chip ASIC ou qualquer outro processador adequado), que é comunicável com uma memória (por exemplo, RAM, ROM ou qualquer outra mídia não transitória legível por computador). O processador pode ser configurado para executar instruções, algoritmos, comandos, de outro modo programas armazenados na memória. O controlador 170 pode incluir também um ou mais módulos ou circuitos configurados para executar as várias operações do controlador 170.

[053]O controlador 170 é configurado para determinar a temperatura de entrada de SCR do gás de escape que flui para o sistema de pós-tratamento 100. Por exemplo, o controlador 170 pode receber um sinal de temperatura do sensor de temperatura de SCR 107 e determinar a temperatura de entrada de SCR. Em resposta à temperatura estar abaixo da temperatura limite, o controlador 170 pode gerar um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Por exemplo, o controlador 170 pode instruir o conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 para inserir hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, por exemplo, através do primeiro injetor de HC 116a ou comandar o motor 10 para inserir hidrocarbonetos no gás de escape que entra no catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Em algumas modalidades, o controlador 170 é configurado para inserir os hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 em resposta a uma temperatura do gás de escape ser superior a uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180.

[054]Em algumas modalidades nas quais o aquecedor 182 é acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento 180, o controlador 170 pode ser acoplado de modo operacional ao aquecedor 182 e configurado para ativar seletivamente o aquecedor 182 em resposta à temperatura do gás de escape ser menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, de modo a elevar a temperatura do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 até a temperatura de início de reação.

[055]O preaquecimento do gás de escape pelo catalisador de oxidação de preaquecimento 180 também aquece o catalisador de oxidação primário 120. Uma vez que uma temperatura do gás de escape atinge uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120, o controlador 170 também pode instruir o conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 a inserir hidrocarbonetos no catalisador de oxidação primário 120 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação primário 120. O catalisador de oxidação primário 120 então queima os hidrocarbonetos, o que resulta no aumento adicional na temperatura do gás de escape e, desse modo, do sistema de SCR 150.

[056]Expandindo adicionalmente, em algumas modalidades, o sistema de pós- tratamento 100 pode incluir cada primeiro injetor de HC 116a disposto a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e o segundo injetor de HC 116b disposto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Os hidrocarbonetos para aquecer o gás de escape podem ser inseridos pelo motor 10 ou através do conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 através do primeiro injetor de HC 116a e, em algumas modalidades, também o segundo injetor de HC 116b. Além disso, os hidrocarbonetos para combustão através do catalisador de oxidação primário 120 podem ser inseridos pelo conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 através do segundo injetor de HC 116b. Quaisquer hidrocarbonetos adequados podem ser inseridos nos gases de escape como, por exemplo, diesel, gasolina, propano, gás natural, etc. A inserção de hidrocarbonetos através do motor 10 ou através do primeiro injetor de HC 116a a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e através do segundo injetor de HC 116b pode ser independente entre si ou interdependente entre si.

[057]Em algumas modalidades nas quais hidrocarbonetos podem ser inseridos tanto a montante quanto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, o controlador 170 pode ser configurado para iniciar a inserção de hidrocarbonetos em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que a temperatura limite. Em tais modalidades, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode estar localizado mais próximo do turbocompressor 184 do que do catalisador de oxidação primário 120. Em algumas modalidades, os hidrocarbonetos podem ser inseridos tanto a montante quanto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através de ambos o primeiro e o segundo injetores de HC 116a/b). Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser apenas inseridos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do primeiro injetor de HC 116a), por exemplo, quando uma temperatura de gás de escape é maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Em ainda outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser apenas inseridos a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do segundo injetor de HC 116b), por exemplo, quando uma temperatura de gás de escape é maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120. Em algumas modalidades, o controlador 170 pode ser configurado para interromper a inserção de combustível uma vez que a temperatura de entrada de SCR é igual ou maior que uma temperatura limite superior (por exemplo, maior que cerca de 150 graus Celsius a 500 graus Celsius).

[058]Conforme anteriormente descrito neste documento, a inserção de hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do motor 10 ou através do primeiro injetor de HC 116a pelo conjunto de inserção de hidrocarboneto 114) pode ser baseada na temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. A temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode ser uma temperatura na qual cerca de 50% dos hidrocarbonetos inseridos nos gases de escape são queimados pelo catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Em algumas modalidades, a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode estar em uma faixa de cerca de 125 graus Celsius a cerca de 300 graus Celsius. Em algumas modalidades, o controlador 170 é configurado para iniciar a inserção de hidrocarbonetos a montante ou no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 em resposta a uma temperatura de entrada do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, medida pelo sensor de temperatura 103) ou a temperatura do leito do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 é igual ou maior que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180.

[059]Em algumas modalidades, o controlador 170 é configurado para iniciar a inserção de hidrocarbonetos a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e a montante do catalisador de oxidação primário 120 (por exemplo, através do segundo injetor de HC 116b através do conjunto de inserção de hidrocarboneto 114) com base em uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120. Por exemplo, o controlador 170 pode instruir o conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 a inserir hidrocarbonetos no gás de escape em resposta a uma temperatura de entrada de catalisador de oxidação primário (por exemplo, medida por um sensor de temperatura de entrada de catalisador de oxidação primário 109) ou temperatura do leito do catalisador de oxidação primário 120 que é igual ou superior à temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120. A temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120 é uma temperatura na qual o catalisador de oxidação primário 120 é capaz de queimar cerca de 50% dos hidrocarbonetos inseridos no gás de escape. Em algumas modalidades, a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120 pode estar em uma faixa de cerca de 150 graus Celsius a cerca de 400 graus Celsius.

[060]Como anteriormente descrito neste documento, em resposta a uma temperatura do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ser menor que sua temperatura de início de reação, o controlador 170 pode ser configurado para ativar o aquecedor 182 de modo a aquecer o catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Em algumas modalidades, o controlador 170 pode ser configurado para ativar o aquecedor 182 em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que a temperatura limite. O controlador 170 pode ser configurado para desativar o aquecedor 182 em resposta à temperatura de entrada de SCR ser igual ou maior que a temperatura limite superior.

[061]Em algumas modalidades nas quais o sistema de pós-tratamento 100 é configurado para inserir hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do motor 10 ou do primeiro injetor de HC 116a), bem como a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do segundo injetor de HC 116b), e também inclui o aquecedor 182, o controlador 170 pode ser configurado para seletivamente e independentemente entre si: (a) inserir hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180; (b) inserir hidrocarbonetos a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180; e/ou (c) ativar o aquecedor 182, em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que o limite de temperatura. Em outras modalidades, a inserção dos hidrocarbonetos a montante e/ou a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e a ativação do aquecedor 182 podem ser realizadas independentemente entre si.

[062]A ativação ou desativação de cada um dos supracitados pode ser baseada em uma ou mais dentre as seguintes: temperatura de entrada de SCR, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação de preaquecimento, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação primário, taxa de fluxo de gás de escape, concentração de oxigênio no gás de escape, etc. Em algumas modalidades, o aquecedor 182 pode ser ativado sem inserção de hidrocarbonetos. Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser inseridos a montante ou a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 sem ativar o aquecedor 182.

[063]Em algumas modalidades, o sistema de pós-tratamento 100 pode ser configurado apenas para inserir hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, por exemplo, através do motor 10 ou do primeiro injetor de HC 116a pelo conjunto de inserção de hidrocarboneto 114, e o segundo injetor de HC 116b é excluído. Em tais modalidades, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode estar localizado mais próximo do catalisador de oxidação primário 120 em relação ao turbocompressor 184. O controlador 170 pode ser configurado para inserir hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 e/ou ativar o aquecedor 182 independentemente de ou interdependentemente entre si em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que a temperatura limite. O controlador 170 também pode ser configurado para desativar o aquecedor 182 e/ou a inserção de hidrocarboneto independentemente de ou interdependente entre si em resposta à temperatura de entrada de SCR ser igual ou maior que o limite superior de temperatura. A ativação ou desativação acima mencionadas podem ser baseadas em uma ou mais dentre a temperatura de entrada de SCR, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação de preaquecimento, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação primário, taxa de fluxo de gás de escape, concentração de oxigênio no gás de escape, etc.

[064]A inserção dos hidrocarbonetos a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode ser baseada na temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, como anteriormente descrito neste documento. Em algumas modalidades, o aquecedor 182 pode ser um aquecedor elétrico. Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser inseridos a montante ou a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 sem ativar o aquecedor 182.

[065]Em algumas modalidades, o controlador 170 pode ser configurado para receber um sinal de temperatura de entrada de SCR a partir do sensor de temperatura de SCR 107 e determinar a temperatura de entrada de SCR do mesmo. O controlador 170 pode ser configurado para interromper a inserção de hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 uma vez que a temperatura do sistema de SCR seja igual ou superior à temperatura limite superior, por exemplo, cerca de 250 graus Celsius. O controlador 170 pode iniciar a inserção de hidrocarbonetos novamente em resposta à temperatura do sistema de SCR cair abaixo da temperatura limite superior. Uma vez que a temperatura do gás de escape e/ou do sistema de SCR 150 é igual ou maior que a temperatura limite, o controlador 170 pode instruir o conjunto de inserção de redutor 112 a inserir o redutor no gás de escape.

[066]Em algumas modalidades nas quais os hidrocarbonetos são inseridos pelo motor 10 ou pelo conjunto de inserção de hidrocarboneto 114 a montante do aquecedor 182, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 pode ser excluído e o preaquecimento do gás de escape pode ser realizado apenas pelo aquecedor 182. Em tais modalidades, o controlador 170 pode ser configurado para ativar o aquecedor 182 e/ou causar a inserção de hidrocarbonetos no gás de escape a montante do aquecedor 182 independentemente ou interdependentemente entre si, em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que o limite de temperatura. A ativação ou desativação de cada um dos supracitados pode ser baseada em uma ou mais dentre as seguintes: temperatura de entrada de SCR, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação de preaquecimento, temperatura de leito ou entrada de catalisador de oxidação primário, taxa de fluxo de gás de escape, concentração de oxigênio no gás de escape, etc. Em algumas modalidades, o aquecedor 182 pode ser ativado sem inserção de hidrocarbonetos. Em outras modalidades, os hidrocarbonetos podem ser inseridos a montante ou a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 sem ativar o aquecedor 182. A inserção de hidrocarbonetos pode ser baseada na temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário 120, como anteriormente descrito neste documento. O aquecedor 182 pode permitir uma inserção mais rápida de hidrocarboneto.

[067]As Figuras 2 a 6 são gráficos obtidos por meio de várias simulações de aumento na temperatura do gás de escape que flui através de um sistema de pós- tratamento pelo preaquecimento do gás de escape com um catalisador de oxidação de preaquecimento. Por exemplo, a Figura 2 são gráficos que mostram temperaturas de um gás de escape, que foi emitido por um motor na partida a frio, que flui em direção a um sistema de SCR a jusante sem preaquecimento do escape (linha de base SM) e com o escape sendo preaquecido por um catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + SM). As temperaturas são medidas em uma saída de um filtro incluído no sistema de pós-tratamento. A temperatura do sistema de SCR pode ser aumentada significativamente durante um procedimento de teste federal FTP a frio, como observado a partir da Figura 2.

[068]A Figura 3 representa gráficos mostrando temperaturas de um gás de escape, que foi emitido por um motor com partida a quente, que flui em direção a um sistema de SCR a jusante sem preaquecer o gás de escape (linha de base SM) e com o escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + SM). As temperaturas são medidas em uma saída de um filtro (por exemplo, medidas pelo sensor de temperatura SCR 107) incluído no sistema pós- tratamento. A temperatura do sistema de SCR pode ser aumentada significativamente durante um ciclo de FTP a quente, como observado a partir da Figura 3.

[069]Os critérios selecionados de dosagem de hidrocarboneto podem ter um impacto significativo no perfil de temperatura dos componentes pós-tratamento a jusante. O catalisador de oxidação de preaquecimento permite a dosagem ideal de hidrocarbonetos que possibilita o aquecimento mais rápido do sistema de SCR em emissões mais baixas de CO2. Um exemplo de uma estratégia otimizada ligeiramente melhor de dosagem de hidrocarboneto e como ela melhora uma temperatura de entrada de SCR de um sistema de SCR, bem como o desempenho do sistema de SCR é mostrado nas Figuras 4 e 5.

[070]A Figura 4 representa gráficos que mostram aumento na temperatura de entrada de SCR ao longo do tempo devido a um gás de escape que foi emitido por um motor na partida a frio, sem o gás de escape ser preaquecido (A1) e com o gás de escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (A5). A Figura 5 representa gráficos que mostram um aumento na temperatura de entrada de SCR ao longo do tempo devido a um gás de escape, que foi emitido por um motor com partida a quente, sem o gás de escape ser preaquecido (A1) e com o gás de escape sendo preaquecido pelo catalisador de oxidação de preaquecimento (A5). Como pode ser visto na Figura 4 e na Figura 5, a estratégia de dosagem de hidrocarboneto otimizada usada para a arquitetura de pós-tratamento A5 (arquitetura com catalisador de oxidação de preaquecimento) é especificamente direcionada à região de baixa temperatura e ajuda a aquecer o sistema de SCR mais rapidamente. Além disso, quando a temperatura de entrada de SCR é igual ou superior a cerca de 250 graus Celsius, a dosagem de hidrocarboneto é interrompida, minimizando, portanto, a quantidade de CO2 sendo expelido para o ambiente.

[071]A queima de hidrocarbonetos sobre o catalisador de oxidação de preaquecimento em sistema de pós-tratamento com catalisador de oxidação de preaquecimento (A5) permite um aquecimento mais rápido e temperaturas melhores para o sistema de SCR a jusante. O percentual de tempo gasto acima da temperatura limite de dosagem de DEF é maior para A5 em comparação com a arquitetura de linha de base A1 que não inclui o catalisador de oxidação de preaquecimento. Além disso, temperaturas melhores de leito de SCR levam a uma eficiência melhorada de conversão de NOx de SCR para A5 em comparação com A1.

[072]A Figura 6 é um gráfico de barras que mostra a quantidade de NOx emitida a partir de um tubo de escapamento de um sistema de pós-tratamento que não inclui o catalisador de oxidação de preaquecimento (ATS convencional), um sistema de pós-tratamento que inclui um catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC + ATS convencional), e um sistema de pós-tratamento que inclui o catalisador de oxidação de preaquecimento e um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento (aquecedor de 2 kW + ccDOC + ATS convencional).

[073]Como pode ser visto na Figura 6, a arquitetura ccDOC + ATS convencional com o método otimizado de dosagem de hidrocarboneto resulta em mais de 60% de redução de NOx no tubo de escapamento em comparação com o ATS convencional. Além disso, a incorporação do aquecedor pode ser considerada para melhorar ainda mais o desempenho do sistema e diminuir a saída de NOx do sistema. O calor gerado a partir do catalisador de oxidação de preaquecimento (ccDOC) não ajuda apenas na redução de NOx sobre o sistema de SCR, mas também pode ajudar na oxidação da fuligem no filtro, tornando assim o sistema mais passivo e reduz a necessidade de regeneração ativa de alta temperatura. Portanto, a arquitetura do sistema pós-tratamento com ccDOC pode permitir nível ultrabaixo de NOx no sistema com perda mínima de combustível bem como queima passiva de fuligem assistida.

[074]A Figura 7 é um diagrama de fluxo esquemático de um método exemplificativo 200 para gerenciar a temperatura no sistema de pós-tratamento 100 que inclui o sistema de SCR 150, o catalisador de oxidação primário 120, o catalisador de oxidação de preaquecimento 180 disposto a montante do catalisador de oxidação primário 120 e também pode incluir o aquecedor 182 operacionalmente acoplado ao catalisador de oxidação de preaquecimento 180. Embora descrito em relação ao sistema de pós-tratamento 100, o método 200 pode ser usado com qualquer outro sistema de pós-tratamento que inclua um catalisador de oxidação de preaquecimento.

[075]O método 200 inclui determinar uma temperatura do gás de escape que entra no sistema de pós-tratamento, em 202. Por exemplo, o controlador 170 pode determinar a temperatura de entrada de SCR com base em um sinal de temperatura do sensor de temperatura de SCR 107. Em 204, o controlador 170 determina se a temperatura de entrada de SCR é menor que a temperatura limite. Em resposta à determinação de que a temperatura do gás de escape é maior do que a temperatura limite (204:NÃO), o método 200 retorna à operação 202.

[076]Se, no entanto, for determinado que a temperatura de entrada de SCR é menor do que a temperatura limite (204:SIM), em algumas modalidades, o método 200 inclui determinar, pelo controlador 170, se a temperatura do gás de escape é igual ou maior que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180, em 206. Em resposta à determinação pelo controlador 170 que a temperatura do gás de escape é maior do que a temperatura de início de reação (206:SIM), o método 200 prossegue para a operação 210 e o controlador 170 faz com que os hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180 (por exemplo, através do motor 10 ou pelo primeiro injetor de HC 116a através do conjunto de inserção de hidrocarboneto 114). Se, no entanto, o controlador 170 determina que a temperatura do gás de escape é menor do que a temperatura de início de reação (206:NÃO), o controlador 170 instrui o aquecedor 182 para aquecer o catalisador de oxidação de preaquecimento 180, em 208, por exemplo, até que a temperatura do gás de escape seja igual ou maior que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. O método 200 prossegue então para a operação 210, conforme anteriormente descrito neste documento. O controlador 170 pode então instruir o conjunto de inserção de redutor 112 a inserir um redutor no gás de escape que flui através do sistema de pós- tratamento 100.

[077]Em 212, o controlador 170 determina se a temperatura de entrada de SCR (por exemplo, com base em um sinal de temperatura do sensor de temperatura de SCR 107) é igual a ou maior que uma temperatura limite superior (por exemplo, igual ou maior que cerca de 250 graus Celsius). Em resposta à temperatura de entrada de SCR ser menor que a temperatura limite superior (212:NÃO), o método 200 retorna para a operação 210 e o controlador 170 continua a inserção de hidrocarbonetos no catalisador de oxidação de preaquecimento 180 ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento 180. No entanto, se o controlador 170 determinar que a temperatura de entrada de SCR é igual ou maior que a temperatura limite superior (212:SIM), o controlador 170 interrompe a inserção dos hidrocarbonetos em 214 e o método 200 retorna à operação 202.

[078]Deve-se observar que o termo "exemplificador", conforme usado neste documento para descrever várias modalidades, se destina a indicar que tais modalidades são exemplos, representações e/ou ilustrações possíveis de modalidades possíveis (e tal termo não se destina a conotar que tais modalidades são necessariamente exemplos extraordinários ou superlativos).

[079]Os termos "acoplado" e similares, como usados aqui, significam a união de dois componentes direta ou indiretamente um com o outro. Tal união pode ser estacionária (por exemplo, permanente) ou móvel (por exemplo, removível ou liberável). Tal união pode ser obtida com os dois membros ou os dois membros e quaisquer membros intermediários adicionais que são formados integralmente como um único corpo unitário um com o outro ou com os dois membros ou os dois membros e quaisquer membros intermediários adicionais fixados um ao outro.

[080]Como usado aqui, o termo "cerca de" significa em geral mais ou menos 10% do valor declarado. Por exemplo, cerca de 0,5 incluiria 0,45 e 0,55, cerca de 10 incluiria 9 a 11, cerca de 1.000 incluiria 900 até 1.100.

[081]É importante notar que a construção e a disposição das várias modalidades exemplificadoras são apenas ilustrativas. Embora apenas algumas modalidades tenham sido descritas em detalhes nesta revelação, os versados na técnica que irão revisar esta revelação reconhecerão prontamente que diversas modificações são possíveis (por exemplo, variações em tamanhos, dimensões, estruturas, formatos e proporções dos vários elementos, valores de parâmetros, disposições de montagem, uso de materiais, cores, orientações etc.) sem que se afaste substancialmente dos ensinamentos e vantagens inovadores aqui descritos. Além disso, deve ser considerado que os recursos de uma modalidade revelada na presente invenção podem ser combinados aos recursos de outras modalidades reveladas na presente invenção, conforme compreenderia o versado na técnica. Outras substituições, modificações, alterações e omissões podem também ser realizadas no projeto, condições de operação e disposição das várias modalidades exemplificadoras, sem que se afaste do escopo da presente invenção.

[082]Ao mesmo tempo em que este relatório descritivo contém diversos detalhes de implementação específicos, estes não devem ser construídos como limitações do escopo de quaisquer invenções, ou do que pode ser reivindicado, mas sim como descrições de recursos específicos para implementações específicas de invenções específicas. Certos recursos descritos neste relatório descritivo, no contexto de implementações separadas, podem também ser implementados de modo combinado, em uma implementação única. Por outro lado, vários recursos descritos no contexto de uma única implementação podem também ser implementados em múltiplas implementações, separadamente ou em qualquer subcombinação adequada. Além disso, embora os recursos possam ser descritos acima como agindo em determinadas combinações e mesmo inicialmente reivindicados dessa forma, um ou mais recursos de uma combinação reivindicada podem, em alguns casos, ser removidos da combinação, e a combinação reivindicada pode ser direcionada a uma subcombinação ou a uma variação de uma subcombinação.

Claims (16)

1. Sistema de pós-tratamento para tratar gás de escape produzido por um motor, o sistema de pós-tratamento compreendendo: um conduto de escape configurado para receber o gás de escape; um catalisador de oxidação de preaquecimento; um catalisador de oxidação primário disposto a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento; um sistema de redução catalítica seletiva disposto no conduto de escape a jusante do catalisador de oxidação primário; e um controlador configurado para determinar uma temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de redução catalítica seletiva; CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é configurado para: em resposta à temperatura do gás de escape na entrada do sistema de redução catalítica seletiva estar abaixo de uma temperatura limite, gerar um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento, em que o catalisador de oxidação de preaquecimento é configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos inseridos de modo a aumentar a temperatura do gás de escape para acima da temperatura limite.

2. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é configurado para fazer com que os hidrocarbonetos sejam inseridos em resposta à temperatura do gás de escape ser mais alta do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

3. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento, em que o controlador é configurado para ativar seletivamente o aquecedor em resposta à temperatura do gás de escape ser menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

4. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é ainda configurado para: em resposta à temperatura do gás de escape atingir uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário, mas ainda estar abaixo da temperatura limite, inserir os hidrocarbonetos no catalisador de oxidação primário ou no gás de escape entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

5. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador é adicionalmente configurado para: em resposta à temperatura do sistema de redução catalítica seletiva aumentar para ser igual ou maior que uma temperatura limite superior que é maior que a temperatura limite, interromper a inserção dos hidrocarbonetos.

6. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de redução catalítica seletiva compreende um catalisador a montante e um catalisador a jusante disposto a jusante do catalisador a montante.

7. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador a montante compreende um catalisador de FeZ.

8. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador a jusante compreende um catalisador de CuZ.

9. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os hidrocarbonetos são inseridos através de um conjunto de inserção de hidrocarboneto incluído no sistema de pós-tratamento e/ou através do motor.

10. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o catalisador de oxidação de preaquecimento tem uma temperatura de início de reação que é mais baixa que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário.

11. Sistema de pós-tratamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um primeiro injetor de hidrocarboneto disposto a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento; e um segundo injetor de hidrocarboneto disposto entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

12. Método para controlar operações de um sistema de pós-tratamento que compreende um catalisador de oxidação de preaquecimento, um catalisador de oxidação primário a jusante do catalisador de oxidação de preaquecimento e um sistema de redução catalítica seletiva disposto a jusante do catalisador de oxidação primário, o método compreendendo: determinar, por um controlador, uma temperatura do gás de escape em uma entrada do sistema de redução catalítica seletiva; CARACTERIZADO pelo fato de que o método ainda compreende: em resposta à temperatura do gás de escape na entrada do sistema de redução catalítica seletiva estar abaixo de uma temperatura limite, gerar, pelo controlador, um comando de inserção de hidrocarboneto configurado para fazer com que hidrocarbonetos sejam inseridos no catalisador de oxidação de preaquecimento ou no gás de escape a montante do catalisador de oxidação de preaquecimento, o catalisador de oxidação de preaquecimento sendo configurado para catalisar a combustão dos hidrocarbonetos inseridos de modo a aumentar a temperatura do gás de escape para estar acima da temperatura limite.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que os hidrocarbonetos são inseridos, pelo controlador, em resposta a uma temperatura do gás de escape ser maior do que uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de pós-tratamento compreende ainda um aquecedor acoplado de modo operacional ao catalisador de oxidação de preaquecimento, e em que o método compreende ainda: causar a ativação do aquecedor, pelo controlador, em resposta à temperatura do gás de escape ser menor que a temperatura de início de reação do catalisador de oxidação de preaquecimento.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: em resposta à temperatura do gás de escape atingir uma temperatura de início de reação do catalisador de oxidação primário, mas ainda estar abaixo da temperatura limite, causar inserção dos hidrocarbonetos, pelo controlador, no catalisador de oxidação primário ou no gás de escape entre o catalisador de oxidação de preaquecimento e o catalisador de oxidação primário.

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: em resposta à temperatura do sistema de redução catalítica seletiva aumentar para ser igual ou maior que uma temperatura limite superior que é maior que a temperatura limite, parar, pelo controlador, a inserção dos hidrocarbonetos.