BRPI0520619B1

BRPI0520619B1 - Método para manter calor em um sistema de póstratamento de exaustão

Info

Publication number: BRPI0520619B1
Application number: BRPI0520619-7A
Authority: BR
Inventors: Hans Bernler; Christer Alm
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2019-05-07
Also published as: CN101268267A; WO2007032714A1; CN101268267B; JP2009509080A; BRPI0520619B8; US8069650B2; US20080264049A1; EP1929143A1; JP5491028B2; EP1929143B1; BRPI0520619A2; EP1929143A4

Abstract

método para manter calor em um sistema de póstratamento de exaustão a presente invenção se refere a um método para manter calor em um sistema de pós-tratamento de exaustão (23) conectado à tubulação de exaustão (22) de um motor de combustão interna (10). o motor é utilizado para propulsão de um veículo e está equipado com um duto de egr (24) controlado por válvula para a recirculação ajustável de gases de exaustão a partir da lateral de exaustão (14) do motor para sua lateral de indução (13). de acordo com a presente invenção, é detectado que nem o sistema de frenagem e nem o mecanismo de controle de válvula de regulagem (29) do veículo estão ativados e que o veículo está sendo tracionado em uma velocidade em excesso de um valor predeterminado. após isso, a regulagem do fluxo de gás através do duto de egr (24) é feita de maneira que o fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão (23) é reduzido para um nível que é menor do que 50% do fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão com fechamento de válvula de egr (25).

Description

“MÉTODO PARA MANTER CALOR EM UM SISTEMA DE PÓSTRATAMENTO DE EXAUSTÃO

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO [001] A presente invenção se refere a um método para manter calor em um sistema de póstratamento de exaustão conectado à tubulação de exaustão de um motor de combustão interna, motor que é utilizado para propulsão de um veículo e está equipado com um duto de EGR controlado por válvula para a recirculação ajustável de gases de exaustão a partir da lateral de exaustão para sua lateral de indução.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA [002] Em motores de combustão interna com sistemas de pós-tratamento de exaustão, é desejável para estes sistemas de pós-tratamento terem a capacidade de operação dentro de uma faixa de temperatura favorável, por exemplo, de 250 - 350 °C. Algumas vezes, as condições de operação de um motor de combustão interna podem ser tais que a temperatura de gás de exaustão é excessivamente baixa para referida faixa de temperatura para ter a capacidade de ser mantida. Um exemplo de tais condições de operação é quando o motor está arrastando, isto é, um veículo que é normalmente tracionado pelo motor e que está descendo uma colina com grande declive. Neste exemplo, o motor está, em princípio, bombeando ar fresco para o sistema de exaustão.

[003] É conhecido suprir hidrocarbonetos para a corrente de gás de exaustão de maneira a aumentar a temperatura e, por intermédio disso, manter uma faixa de temperatura.

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2/9

A desvantagem com tais métodos é a de aumento do consumo de combustível. Se a temperatura da corrente de gás de exaustão é baixa, mais hidrocarbonetos são necessários de maneira a manter a faixa de temperatura. Maiores exigências de controle de emissão têm frequentemente resultado em uma perda de eficiência do motor de combustão interna.

É, consequentemente, importante produzir métodos que possibilitam controle de emissão de exaustão efetivo sem adversamente afetar eficiência do motor.

[004]

Recirculação de gases de exaustão, chamada de

EGR

Exhaust

Gas

Recirculation), é um método conhecido no qual uma parte do fluxo de gás de exaustão total do motor é recirculada e este sub-fluxo é alimentado para a lateral de admissão do motor, onde é misturado com ar adentrando para introdução nos cilindros do motor. Por intermédio disso, se torna possível reduzir a quantidade de óxido de nitrogênio nos gases de exaustão.

SUMÁRIO DA PRESENTE INVENÇÃO [005]

O objetivo da presente invenção é, consequentemente, o de produzir um método de utilizar um motor de combustão interna com um sistema de recirculação de gás de exaustão, método que torna possível manter uma faixa de temperatura na corrente de gás de exaustão sem efeito adverso desnecessário sobre a eficiência do motor.

[006]

Para este propósito, o método em concordância com a presente invenção está caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de detectar que nem o sistema de frenagem e nem o

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3/9 mecanismo de controle de aceleração do veículo estão ativados e de que o veículo está sendo tracionado em uma velocidade em excesso de um valor predeterminado; e regular o fluxo de gás através do duto de EGR de maneira que o fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão é reduzido para um nível que é menor do que 50% do fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão com válvula de EGR fechada. Em virtude deste método, perdas de calor na corrente de gás de exaustão para um sistema de pós-tratamento de exaustão são prevenidas sob determinadas condições de tração.

[007] Modalidades vantajosas da presente invenção emergem a partir das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [008] A presente invenção será descrita em maiores detalhes posteriormente, de uma maneira não limitante, com referência para modalidades ilustrativas da presente invenção mostradas nos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 mostra, em representação esquemática, um motor de combustão interna no qual o método em concordância com a presente invenção é aplicável;

A Figura 2 é um gráfico que mostra temperatura, tempo e fluxo de massa para um motor que não utiliza o método em concordância com a presente invenção, e

A Figura 3 é um gráfico correspondente que mostra temperatura, tempo e fluxo de massa para um motor utilizando o método em concordância com a

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4/9 presente invenção.

[009] As figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada às modalidades nelas representadas.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS DA PRESENTE INVENÇÃO [0010] O motor de combustão interna 10 mostrado em representação esquemática na Figura 1 é utilizado em um veículo, por exemplo, um caminhão ou um ônibus, e compreende um bloco de motor 11 compreendendo seis cilindros de pistão 12, com um manifold de admissão 13 e um manifold de exaustão 14. Os gases de exaustão são conduzidos por intermédio de uma tubulação de exaustão 15 para a roda de turbina 17 de uma unidade turbo 16. O eixo de turbina 18 traciona a roda de compressor 19 da unidade turbo 16, que, por intermédio de uma tubulação de exaustão 20, comprime ar adentrando e transporta este por intermédio de um refrigerador de carga a ar 21 para o manifold de admissão 13.

[0011] Combustível é conduzido para o respectivo cilindro 12 por intermédio de dispositivos de injeção (não mostrados).

[0012] Gases de exaustão que tenham passado através do turbocompressor 16 são conduzidos progressivamente para a atmosfera por intermédio da tubulação de exaustão 22, que conduz os gases de exaustão através de um dispositivo de pós-tratamento de exaustão, por exemplo, uma armadilha de partícula ou um catalisador 23. Por exemplo, regeneração de uma armadilha de partícula pode ser alcançada pela oxidação de combustível não

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5/9 queimado em um catalisador que está colocado à montante da armadilha de partícula. Combustível na quantidade correta é injetado para o fluxo de gás de exaustão e a oxidação resulta em um aumento de temperatura no catalisador grande o suficiente para queimar a fuligem na armadilha de partícula.

[0013] Gases de exaustão são conduzidos de volta para a lateral de indução do motor como gás de EGR, por intermédio de uma tubulação 24, de maneira a reduzir a emissão de óxido de nitrogênio do motor em concordância com o estado da técnica. Esta tubulação compreende uma válvula 25, que serve tanto como uma válvula de passagem única quanto como uma válvula de controle para regulagem do fluxo de EGR. Existe também um refrigerador 26 presente para a refrigeração de gases de EGR.

[0014] A válvula 25 está conectada a uma unidade de controle de motor 27 contendo programas de controle e dados de controle para controlar o motor levando-se em consideração dados de entrada. A unidade de controle de motor 27 está conectada, por exemplo, a um sensor 28, que detecta velocidade de motor. A unidade de controle de motor 27 está adicionalmente conectada a um sensor 29, que registra se tanto um dentre o sistema de frenagem ou o mecanismo de controle de aceleração do veículo está acionado. Um regulador de pressão de gás de exaustão 30 pode ser montado no sistema de exaustão entre a turbina de exaustão 17 e a unidade de pós-tratamento 23 e é operado por intermédio da unidade de controle de motor 27, de maneira a criar na tubulação de exaustão uma

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6/9 pressão de retorno variável que pode ser utilizada para aumentar a pressão no manifold de exaustão 14 e, por intermédio disso, aumentar a quantidade de EGR que pode ser passada adiante para o manifold de admissão 13. Alternativamente, a turbina de exaustão 17 pode ser proporcionada com geometria variável para regulagem da pressão de retorno de gás de exaustão.

[0015] O método em concordância com a presente invenção é utilizado como se segue. A unidade de controle de motor 27 detecta que as conduções para utilização estão satisfeitas, isto é, que nem o sistema de frenagem e nem o mecanismo de controle de aceleração 29 do veículo estão ativados e o veículo está sendo tracionado em uma velocidade em excesso de um valor predeterminado. O motor está, consequentemente, sendo tracionado sem suprimento de combustível pela energia cinética do veículo. Agora, o fluxo de gás através do duto de EGR é regulado, por intermédio das válvulas 25 e

30, de maneira que	o fluxo de	gás	para	o sistema	de
pós-tratamento de	exaustão	23	é minimizado.	O
resultado disso é	o de que	o	fluxo	de massa	a

partir do motor cai drasticamente, em consequência da refrigeração desligada do sistema de póstratamento ser severamente reduzida. O fato de que

o componente	de	fluxo	recirculado	pode	ser
controlado por	intermédio	das válvulas	25	e 30
possibilita que	o	fluxo de	massa através	do	motor
seja variado, o	que	também	torna possível	controlar

o torque de arrasto, isto é uma determinada força de frenagem pode ser alcançada com o método anteriormente descrito.

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7/9 [0016] A Figura 2 mostra, na forma de um gráfico, o arrefecimento de um catalisador, que está montado em um sistema de exaustão para o qual um circuito de EGR está conectado por um intervalo de tempo de 300 segundos. No tempo de 50s, a válvula para o circuito de EGR é fechada, como está ilustrado pelas curvas 31 e 32, que indicam o estado de controle da válvula de EGR e o fluxo de massa através do circuito de EGR, respectivamente. Quando o fluxo de massa através do circuito de EGR se extingue, um aumento correspondente ocorre no fluxo de massa para o catalisador, como pode ser observado a partir da curva 33. A temperatura do catalisador está representada pela curva 34, que mostra que o catalisador mantém sua temperatura para um período de cerca de 50 segundos depois que o circuito de EGR é fechado. Durante o subintervalo seguinte de 50 segundos, a temperatura no catalisador cai a partir de 300 °C para cerca de 225 °C. Depois disto, a taxa de perda de temperatura começa a diminuir, mas a temperatura continua a cair ao longo do eixo geométrico de tempo do gráfico, a temperatura na extremidade do intervalo de mensuração quantificando cerca de 125 °C.

[0017] A Figura 3 mostra, correspondentemente, o arrefecimento do catalisador quando o método em concordância com a presente invenção é utilizado. Da mesma maneira como no caso precedente, a válvula para o circuito de EGR é fechada no tempo de 50s, como está ilustrado pelas curvas 31 e 32. Depois de uns poucos segundos, a válvula é aberta para um máximo, de maneira que o

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8/9 fluxo de massa através do circuito de EGR aproximadamente corresponde ao fluxo antecedente ao catalisador. No exemplo mostrado na Figura 3, o fluxo residual para o catalisador quantifica para cerca de 30% do fluxo de gás com válvula de EGR fechada. O fato de que o fluxo residual para o catalisador é pequeno, significa que a força de refrigeração do catalisador é pequena, como pode ser observado a partir da curva 34, que mostra que o catalisador mantém substancialmente sua temperatura original através de todo o intervalo de mensuração.

O efeito do método em concordância com a presente invenção é também, evidentemente, o de conseguir em grau variado com outros sub-fluxos do que aqueles que podem ser observados a partir da

Figura 3.

De maneira a obter um efeito significativo, o fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão deveria ser reduzido, entretanto, para um nível que é menor do que 50% do fluxo de gás para o para o sistema de póstratamento de exaustão com válvula de EGR fechada.

presente invenção pode vantajosamente ser utilizada em veículos desenvolvidos com curtos ciclos de tração repetidos, tais como ônibus urbanos e caminhões de lixo.

[0019]

Portanto, embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades específicas, deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a presente invenção deve ser considerada como estando limitada às modalidades ilustrativas, preferidas e vantajosas descritas anteriormente, mas certamente,

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9/9 um número de variações e de modificações é conceptível dentro do escopo de proteção das reivindicações em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para manter calor em um sistema de pós-tratamento de exaustão (23) conectado à tubulação de exaustão (22) de um motor de combustão interna (10), o motor sendo utilizado para propulsão de um veículo e estando equipado com um duto de EGR (24) controlado por válvula para a recirculação ajustável de gases de exaustão a partir da lateral de exaustão (14) do motor para sua lateral de indução (13), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

- detectar as condições nas quais nem o sistema de frenagem e nem o mecanismo de controle da aceleração (29) do veículo estão ativados e em que o veículo está sendo tracionado em uma velocidade em excesso de um valor predeterminado, e

- se tais condições forem satisfeitas, regular o fluxo de gás através do duto de EGR (24) de maneira que o fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão (23) é reduzido para um nível que é menor do que 50% do fluxo de gás para o sistema de pós-tratamento de exaustão com fechamento de válvula de EGR (25), em que o fluxo de gás através do duto de EGR (24) é regulado pelo fechamento de um controle de válvula de regulagem (30) no duto de exaustão (22) e a abertura de uma válvula de EGR (25) no duto de EGR (24).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluxo de gás através do duto de EGR (24) ser regulado de maneira que o fluxo de gás para o sistema de póstratamento de exaustão (23) é reduzido para um nível que é menor do que 30% do fluxo de gás para o

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2/2 sistema pós-tratamento de exaustão com fechamento

de válvula de EGR. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de

que o controle de válvula de regulagem na tubulação

de exaustão é constituído por um regulador de

pressão de gás de exaustão (30).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de

que o controle de válvula de regulagem na tubulação de exaustão é constituído por uma unidade turbo com geometria variável.