BRPI0619655A2

BRPI0619655A2 - sistema de filtragem de exaustão de motores diesel e dispositivo de filtragem para o gás de exaustão de motores diesel

Info

Publication number: BRPI0619655A2
Application number: BRPI0619655-1A
Authority: BR
Inventors: Zissis Samaras; Grigorios Koltsakis
Original assignee: Aristotle University Thessaloniki; Vale Inco Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2011-10-11
Also published as: GR20050100558A; GR1005904B; WO2007052084A8; KR20080091091A; EP1951403B1; US7935163B2; JP2009513872A; CA2627107A1; WO2007052084A9; CA2627107C; US20080209872A1; CN101300058B; WO2007052084A1; CN101300058A; EP1951403A1

Abstract

SISTEMA DE FILTRAGEM DE EXAUSTãO DE MOTORES DIESEL E DISPOSITIVO DE FILTRAGEM PARA O GáS DE EXAUSTãO DE MOTORES DIESEL. Esta invenção refere-se a um dispositivo de filtragem para motores a diesel com base em espumas metálicas. A fim de atingir elevada eficiência de filtragem com baixa queda de pressão, utilizando espumas metálicas para filtragem de leito fundo, emprega-se um conceito de fluxo radial baseado em uma "gradiente de porosidade". Também é possível revestir as espumas com material cataliticamente ativo para aperfeiçoar a oxidação de fuligem (regeneração), além da redução de outros poluentes de gás de exaustão (CO, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio oxides) . Isto é possível utilizando quantidades não uniformes de materiais catalíticos dentro do filtro dependendo da aplicação alvo. Pode colocar-se um segmento de filtro secundário adicional (13) dentro do suporte de metal do segmento de filtro principal (8) . Os diafragmas metálicos (11, 12, 16) na entrada e na saída de carcaça externa (1) são projetados de modo a permitir que o fluxo seja dividido entre os segmentos de filtro principal (8) e o secundário (13) de acordo com as respectivas resistências de fluxo. E possível projetar o filtro de modo a garantir uma eficiência de filtragem muito elevada quando limpo e assegurar um desempenho sem entupimento no caso da carga de fuligem no filtro atingir valores extremamente altos devido a vários motivos como uma operação prolongada a baixa temperatura.

Description

SISTEMA. DE FILTRAGEM DE EXAUSTAO DE MOTORES DIESEL E DISPOSITIVO DE FILTRAGEM PARA O GÁS DE EXAUSTÃO DE MOTORES DIESEL

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a dispositivos de filtragem para os gases de exaustão de motores a diesel baseados em espumas de metal, compreendendo uma carcaça de metal definindo uma cavidade com um cano de entrada e um cano de saida e um corpo de dispositivo de filtragem formado por camadas de placas de espuma de metal colocadas no caminho de comunicação entre os mencionados cano de entrada e cano de saida.

Histórico da invenção

O material de espuma de metal considerado é divulgado nas publicações WO2004089564 e WO2005037467 que revelam divulgando um processo de fabricação segundo o qual a espuma de metal é produzida em placas com o comprimento e a largura desejados.

Filtros baseados em espuma são conhecidos por aplicações de filtragem de pequenas partículas de diesel, embora a maioria esteja baseada em materiais de cerâmica. Geralmente, espumas de cerâmica tendem a exibir tamanhos de poros que precisam ser pequenos o suficiente para atingir boas eficiências de filtragem resultando em uma relativamente elevada queda de pressão, devido ao grande número de poros fechados. Além disso, à medida que mais fuligem se acumular no filtro, aquelas espumas são conhecidas por abaixarem sua eficiência de filtragem até se observar um comportamento "de descarga", isto é, uma eficiência negativa.

Outra desvantagem das espumas de cerâmica é a limitação na formação do filtro final. Portanto, é muito difícil obter uma filtragem de uma área grande no espaço limitado necessário em aplicações automotivas. Ao contrário da maioria dos filtros de pequenas partículas de diesel comercializados, que funciona com base em um mecanismo de filtragem de superfície, filtros de espuma operam baseados em filtragem de leito fundo. Isto significa que se coleta a fuligem dentro da estrutura de espuma ao invés de em sua superfície. Com base na atual experiência baseada em testes de motores, um filtro altamente eficiente com poros pequenos terá a tendência de acumular muito mais fuligem próximo de sua entrada em vez de em direção de sua saída. Esta distribuição não uniforme não é favorável, pois as regiões altamente carregadas de fuligem do filtro terão como resultado um aumento não proporcional da queda de pressão.

Na técnica anterior conhecida, o material proposto é simplesmente chamado, de modo geral, de metal poroso, carecendo, assim, de ensinamentos específicos no processo de produção.

Outrossim, algumas das concretizações conhecidas são definidas pela necessidade de suportar a regeneração térmica dos filtros através do uso de aquecedores elétricos. Portanto, é necessária a utilização de pelo menos dois elementos de filtro cilíndricos. Devido às limitações relacionadas ao material, o processo de produção dos elementos de filtro e a necessidade de múltiplos elementos de filtro, a espessura dos elementos de filtro restringe à faixa de 0,5 a 20 mm, de preferência 1 mm ou mais.

A faixa de tamanho dos poros proposta para ser utilizada, entre 100 e 600 pm, é bastante pequena. Igualmente, as espessuras de filtragem são muito estreitas. Além disso, uma única referência é feita a um "efeito de captura em 3-D", carecendo, assim, do acesso a uma compreensão dos reais mecanismos de filtragem. A ΕΡ879939 da Sumitomo Electric Industries divulga um purificador de gás de exaustão, com elementos de filtro formados de metal poroso. Esse sistema precisa de um dispositivo de aquecimento para a regeneração do filtro.

Também, o tamanho dos poros deve ser idêntico em todos os elementos de filtro por três motivos. Primeiro, torna a fabricação dos elementos de filtro de metal poroso mais fácil, segundo, evita concentração de perda de pressão nos poros menores e, terceiro, torna possível aumentar a quantidade de captura de PM.

O material proposto geralmente é chamado de metal poroso, sem detalhar especificamente o processo de produção. Além disso, as concretizações das Figs. 1 a 3 são definidas pela necessidade de suportar a regeneração térmica dos filtros durante a utilização de aquecedores térmicos, notavelmente pelo menos dois elementos de filtro cilíndricos. Devido às limitações relacionadas ao material, ao processo de produção dos elementos de filtro e da necessidade de múltiplos elementos de filtro, a espessura dos elementos de filtro à restrita na região de 0,5 a 20 mm e, mais preferivelmente, 1 mm ou mais.

Mais uma técnica anterior revelada na DE4012719A1 de ROGGENKAMP e outros, refere-se a espumas dinâmicas resultando na utilização de espumas de cerâmica tendo como resultado não serem capazes de fornecer um gradiente de porosidade. Também inclui um dispositivo de aquecimento, visando queimar a fuligem acumulada com freqüência, a fim de evitar uma queda de pressão muito elevada. Outra desvantagem das espumas de cerâmica é a limitação referente à formação do filtro final. Portanto, é muito difícil obter uma área de filtragem grande no espaço limitado necessário em aplicações automotivas. A ΕΡ0603392 divulga um sifão de pequenas partículas, com elementos de filtro fabricados de metal poroso tipo malha, utilizando metal resistente ao calor. Esse tipo de filtro toma a vantagem da condutividade do metal, a fim de suportar as mudanças de temperatura produzidas pela regeneração do filtro.

A faixa do tamanho de poros proposta para ser utilizada, particularmente recomendada, de 100 a 600 μm, é bastante pequena. Igualmente, as espessuras de filtragem são muito estreitas.

Objetivo da invenção

A finalidade da presente invenção é corrigir as acima mencionadas desvantagens e atingir elevada eficiência de filtragem com baixa queda de pressão utilizando espumas de metal para filtragem de leito fundo. Isto se baseia em um conceito de fluxo radial, utilizando um "gradiente de porosidade" na direção axial e/ou transversal. Dependendo da aplicação, também é possível revestir as espumas com material cataliticamente ativo para aperfeiçoar a oxidação de fuligem (regeneração), além da redução de outros poluentes de gases de exaustão como CO, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio. De preferência, isto poderia ser atingido utilizando quantidades não-uniformes de materiais catalíticos dentro do filtro dependo de

Sumário da invenção

A finalidade da invenção é atingida através de um dispositivo de filtragem do tipo mencionado, que é notável pelo fato de o mencionado corpo de dispositivo de filtragem ser composto de pelo menos um segmento de dispositivo de filtragem, compreendendo uma pluralidade de camadas de placas de espuma de metal, dispostas ao redor do eixo longitudinal da carcaça de modo a definir, dentro da carcaça, uma câmara externa, e uma câmara interna. As mencionadas câmaras comunicam-se com o mencionado cano de entrada e o mencionado cano de saida de modo que durante a utilização, o fluxo dos gases de exaustão de motores seja forçado da câmara externa para a câmara interna, assumindo, assim, um componente radial de velocidade com relação ao eixo longitudinal da carcaça. Então, força-se o fluxo dos gases de exaustão de motores de uma câmara central e da câmara externa para a mencionada câmara interna ou vice-versa, assumindo, assim, um componente radial de velocidade com relação ao eixo longitudinal da carcaça, onde os mencionados segmentos de filtragem são compostos de camadas de placas de espuma de metal, onde o mencionado dispositivo de filtragem é composto de placas de espuma de metal em camadas dispostas no caminho de comunicação entre o mencionado cano de entrada e cano de saida, compreendendo, assim, uma pluralidade de camadas de espuma de metal, onde a porosidade das camadas de espuma de metal é variável. Coloca-se um filtro secundário adicional dentro do suporte de metal do filtro primário. Os diafragmas metálicos na entrada e saida da carcaça externa são projetados de modo a permitirem que o fluxo seja dividido entre o filtro primário e o secundário de acordo com as respectivas resistências ao fluxo. Esta configuração aumenta ainda mais a área de fluxo para o determinado volume de filtro externo, propiciando benefícios adicionais de queda de pressão. Isto é possível com um compromisso na espessura do filtro. O efeito prejudicial resultante na eficiência de filtragem poderia ser minimizado pela escolha adequada da porosidade da espuma.

Com relação ao documento EP0603392A da Sumitomo Electric Industries, não abrange o princípio do "gradiente de porosidade" e a utilização de material de espuma cataliticamente revestido.

Mais uma técnica anterior conhecida, a DE4012719A1 de ROGGENKAMP, refere-se a espumas dinâmicas resultando no fato de não fornecerem uma porosidade de gradiente.

Ainda alternativamente, o mencionado corpo de filtragem também compreende pelo menos um segmento de filtragem secundário, cada um compreendendo uma pluralidade de camadas de placas de espuma de metal, dispostas ao redor do mencionado eixo longitudinal na mencionada maneira e uma câmara interna, as mencionadas câmaras comunicando-se com o mencionado cano de entrada e o mencionado cano de saida de modo que durante a utilização, o fluxo dos gases de exaustão de motores seja forçado de uma câmara central e da câmara externa para a mencionada câmara interna ou vice-versa.

Naquele caso, é possível que seja vantajosamente propiciado que a mencionada carcaça tenha uma parede, conectada em uma extremidade a uma estrutura tendo um gargalo que define o acima mencionado cano de entrada, a mencionada estrutura sendo fechada em sua extremidade oposta por um diafragma com aberturas periféricas que forçam o fluxo do gás entrando na carcaça a passar para dentro da câmara externa disposta do lado de fora do segmento de dispositivo de filtragem, a extremidade oposta da parede cilíndrica sendo fechada por um diafragma com um gargalo central definindo o cano de saída e comunicando-se com a câmara interna.

Neste caso vice-versa, contudo, o mencionado fluxo de gás é forçado a sair de Dl não faz referência à porosidade variável. A utilização de porosidade variável é essencial para o sucesso da presente aplicação, pois tem como resultado uma acumulação mais favorável (uniforme) de fuligem dentro da espuma de metal que reduz a indesejada contrapressão do sistema. Igualmente, o segmento de filtro secundário da presente invenção pode ter diferente porosidade do segmento de filtro primário. A presente invenção divulga em uma de suas concretizações um dispositivo de filtragem compreendendo elementos de filtros feitos de espuma de metal com tamanho variável de poros, fácil de fabricar, com baixa perda de pressão e elevada capacidade de captura PM.

Alternativamente, é possível forçar o fluxo dos gases de exaustão de motores da câmara interna para a câmara externa, isto é, vice-versa.

A mencionada realização é atingida com base em um desenho de filtro tubular, onde o fluxo é forçado a passar na direção transversal. A área de filtragem elevada disponível ao fluxo está associada a velocidades de gás reduzidas. A partir da dinâmica de fluidos, sabe-se que a velocidade de fluxo reduzida levará a perdas de pressão muito menores e eficiência de filtragem aumentada, especialmente para partículas de menor tamanho. Forma-se o filtro enrolando placas de espuma de metal ao redor de um suporte de metal axissimétrico pode ser um tubo metal poroso. As camadas de espuma adjacentes à entrada de fluxo são feitas de espuma com poros de tamanho maior, enquanto as camadas adjacentes à saída de fluxo são feitas de espuma com poros de tamanho menor, visando uma distribuição uniforme de fuligem no filtro em condições de carga.

Os segmentos de filtro assim propostos, de acordo com a invenção, incorporando a utilização de um tubo poroso, são enrolados ao redor de um suporte de tubo metal poroso.

De acordo com uma vantajosa concretização da invenção, o tamanho de poros da espuma pode variar na faixa entre 400 e 1800 micros ou até desde 200 micros. Portanto, a faixa de tamanhos de poros proposta é muito mais ampla que aquela sugerida para ser utilizada na mencionada técnica anterior conhecida, as restrições da mesma não se aplicando à presente invenção. Vantajosamente, a espessura de cada placa de espuma é 1,5 mm para os menores tamanhos de poros e 4 mm para os maiores tamanhos de poros. Essa espuma pode ser facilmente moldada para formar estruturas cilíndricas através de enrolamento.

Ainda outra vantagem, poderia obter-se uma grande área de filtragem se o filtro fosse moldado em uma configuração tubular de modo a ser atravessado radialmente pelo fluxo do gás de exaustão. Isso é tecnicamente possível no caso da espuma de metal considerada na presente invenção.

Por outro lado, uma distribuição mais uniforme da fuligem filtrada pode realizar-se com a combinação de várias estruturas de espuma, com os maiores poros próximos à entrada do fluxo e poros progressivamente menores próximo à saída do fluxo das placas espuma. Essa configuração chamada de "gradiente de porosidade" é tecnicamente viável com o material de espuma de metal considerado neste instrumento. Uma característica notável de um dispositivo, de acordo com a invenção, consiste no fato da porosidade das camadas de espuma de metal ser variável ao longo de profundidade da filtragem.

Outrossim, de acordo com uma concretização recomendada da invenção, pode revestir-se facilmente a espuma com materiais cataliticamente ativos em geral utilizados em aplicações automotivas, tendo como resultado uma espuma cataliticamente revestida, que podem cataliticamente iniciar a regeneração do filtro. Então, apela-se à espuma cataliticamente revestida, isto é, regeneração iniciada cataliticamente. O dispositivo de acordo com a invenção é projetado de modo a tirar o máximo dos efeitos catalíticos. Portanto, não há nenhuma necessidade de suporte adicional para regeneração térmica, como aquecedores elétricos. Também não existe nenhuma restrição à utilização de pelo menos dois elementos cilíndricos. Nem a EP879939 nem a EP0603392 faz referência a materiais catalíticos.

Dependendo da aplicação, assim também se podem revestir as espumas com material cataliticamente ativo para aperfeiçoar a oxidação (regeneração) da fuligem, além da redução de outros gases de exaustão poluentes como CO, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio. Recomenda-se que isto seja realizado utilizando quantidades não uniformes de materiais catalíticos dentro do filtro dependendo de aplicação alvo.

Em uma variação da proposta invenção, é possível projetar o filtro de modo a garantir uma eficiência de filtragem muito elevada quando limpo e assegurara um comportamento de não entupimento no caso da carga de fuligem no filtro atingir valores extremamente altos devido a vários motivos, p.ex., operação prolongada a baixa temperatura.

Até o presente, testes no mundo real mostraram que a eficiência de filtragem de pequenas partículas baseada em leito profundo da ordem de 80 a 95% é possível com queda de pressão aceitável, utilizando um filtro de espuma revestida com formato adequado para permitir o fluxo em uma direção radial. Devido ao mecanismo de filtragem regente baseado em difusão, a eficiência de filtragem é mais elevada -perto de 100%- para os tamanhos de partículas menores, p.ex., menor que 20 nm. Avalia-se que o limite de capacidade de fuligem do filtro pode ultrapassar 15 gramas/litro, que é quase o dobro em comparação com sistemas padrão de parede-fluxo. A regeneração potencial desse filtro a baixas temperaturas -entre 250 e 450°C- provou ser superior em comparação com filtros de parede-fluxo de cerâmica catalisada padrão. O revestimento catalítico também é capaz de atingir quase 100% de conversão de CO e hidrocarbonetos a temperaturas na ordem de 200°C. Ao mesmo tempo, os filtros baseados em espuma com tamanho de poros de 600 microns ou menos não exibem nenhuma tendência de descarregar a fuligem acumulada durante qualquer condição de direção realista possível.

Em algumas aplicações, como as de retroajustar motores já existentes com nenhuma possibilidade de regeneração forçada, o principal requisito é que o filtro não deve bloquear o motor exercendo uma contrapressão extremamente elevada. Essa contrapressão elevada ocorrerá em qualquer filtro acumulando fuligem com alta eficiência e operando sob condições de baixa temperatura, p.ex.,100-250°C, geralmente atingida na direção urbana. Uma possibilidade de evitar essa questão é utilizar um filtro que exiba uma eficiência de filtragem decrescente à medida que aumenta a carga de fuligem. Esse filtro terá a tendência de equilibrar- se (eficiência zero) em um nível de contrapressão aceitável para o motor. Utilizando uma combinação cuidadosamente selecionada de porosidades de espuma, é possível projetar o filtro de tal modo para atingir o acima mencionado alvo.

Dependendo da aplicação, podem revestir-se as espumas de metal com qualquer material cataliticamente ativo. Possíveis aplicações abrangem catalisadores de oxidação de diesel, catalisadores de "3 pistas", catalisadores lean NOx e sifões, Redução Catalitica Seletiva de NOx. Também se poderia utilizar o revestimento catalítico para aperfeiçoar a taxa de oxidação da fuligem acumulada em dispositivos de filtragem.

Em outra concretização da invenção, adequada para aplicações a baixa temperatura com eficiência de filtragem reduzida em condições de cargas, poderia escolher- se a estrutura de poros do filtro secundário de modo a exibir eficiência de filtragem reduzida em condições de carga. No caso de uma operação prolongada a baixa temperatura, o principal filtro, projetado para eficiência elevada, pode atingir uma condição de entupimento -resistência ao fluxo extremamente elevada. Conseqüentemente, o fluxo será autodirigido para o filtro secundário que exibe uma menor resistência ao fluxo, devido a sua estrutura mais aberta e sua capacidade de carga de fuligem limitada.

Breve descrição dos desenhos

A Fig. 1 e a Fig 2 ilustram uma primeira concretização e uma segunda concretização, semelhante à mostrada na Fig. 1, com a colocação do filtro na direção de fluxo oposta.

A Fig. 3 ilustra uma primeira concretização da invenção.

A Fig. 4 ilustra uma segunda concretização da invenção, semelhante à mostrada na Fig. 3, com a colocação do filtro na direção de fluxo oposta.

Descrição

Com referência à Fig. 1, uma carcaça de metal 1 que define uma cavidade com um cano de entrada 2 e um cano de saida 3 e um corpo de filtragem 4 formada de placas de espuma de metal em camadas colocada no caminho de comunicação entre os mencionados cano de entrada 2 e cano de saida 3. Inclui um segmento de filtro onde a exaustão é forçada a fluir do diâmetro externo do segmento de filtro em direção ao cano de saida.

Na Fig. 1, o corpo de filtragem 4 é composto de um segmento 8, compreendendo uma pluralidade de placas de espuma de metal, enroladas ao redor de um suporte de metal poroso 9, com uma porosidade preferivelmente maior do que 40%. Caso a espuma esteja disponível em placas de espuma de poucos milímetros de espessura, uma pluralidade de placas de espuma deve ser enrolada ao redor do suporte de metal poroso 9, até se obter a espessura necessária na direção de fluxo radial, geralmente poucos centímetros. Caso o material de espuma já esteja disponível em forma tubular com um diâmetro interno igual ao diâmetro externo suporte de metal, o mesmo pode ser prontamente aplicado ao redor do suporte de metal.

Coloca-se o segmento de filtro ao redor do eixo longitudinal 5 da carcaça 1 de modo a definir, dentro da carcaça 1, uma câmara externa 6, e uma câmara interna 7, as mencionadas câmaras comunicando-se com o mencionado cano de entrada 2 e o mencionado cano de saida 3 de modo que durante a utilização, o fluxo dos gases de exaustão de motores é forçado da câmara externa 6 para a câmara interna 7, assumindo, assim, um componente radial de velocidade com relação ao eixo longitudinal 5 da carcaça 1.

O sistema ilustrado na Fig. 2 tem a mesma configuração geométrica que aquela da Fig. 1, mas a colocação do filtro na direção do fluxo é oposta. Inclui um segmento de filtro onde a exaustão é forçada a fluir do diâmetro interno do corpo do filtro 4 em direção para o cano de saida 3.

Para as duas configurações ilustradas nas Fig. 1 e Fig. 2, a porosidade das camadas de espuma é preferivelmente variável com as camadas próximas à entrada do fluxo tendo poros maiores e as camadas próximas à saida do fluxo tendo poros menores. Isto assegurará uma distribuição mais uniforme de fuligem dentro da estrutura de espuma resultando em benefícios de queda de pressão. O material de espuma é vantajosamente revestido com um catalisador, preferivelmente metal nobre, em particular à base de Pt. A quantidade recomendada de carga de Pt a ser utilizada é da ordem de 2-5 gramas/litro de espuma próximo à entrada, 1-2 gramas/litro no meio e atingindo zero próximo à saida do fluxo. Isto garantirá que a maior parte do catalisador esteja na vizinhança da fuligem acumulada durante a operação real, que aumenta a exploração da atividade catalitica com possibilidade de minimizar a quantidade necessária de Pt.

O filtro ilustrado na Fig. 3 inclui dois segmentos de filtros. O corpo de filtragem 4 é composto de pelo menos um segmento de filtro principal 8, e secundário 13, respectivamente, cada um compreendendo uma pluralidade de camadas de placas de espuma de metal, colocadas ao redor do eixo longitudinal 5 da carcaça de modo a definir, dentro da carcaça 1, uma câmara externa 6, uma câmara central 14 e uma câmara interna 7, as mencionadas câmaras comunicando-se com o mencionado cano de entrada 2 e o mencionado cano de saida 3 de modo que, durante a utilização, o fluxo dos gases de exaustão de motores seja forçado da câmara central 14 e da câmara externa 6 para a mencionada câmara interna 7, assumindo, assim, um componente radial de velocidade com relação ao eixo longitudinal 5 da carcaça 1. Poder-se-ia concretizar um cone de metal perfurado para controlar a distribuição desejada do fluxo entre os dois segmentos de filtros.

Esse "design" atinge uma área de filtragem mais elevada para o mesmo volume geral com um compromisso na profundidade de filtragem. O projeto é favorável no caso de tamanhos de poros relativamente pequenos onde uma profundidade de filtragem da ordem de 1-2 cm é normalmente suficiente para garantir uma eficiência de filtragem maior que 80%. O fluxo de exaustão será distribuído entre os segmentos de filtro principal e secundário de acordo com as respectivas resistências ao fluxo. Devido à área da face mais elevada do segmento principal, o fluxo preferivelmente atravessará este segmento pelo menos quando o filtro estiver limpo ou moderadamente carregado com fuligem. É possível projetar adequadamente as dimensões interna e externa dos segmentos de filtro principal e secundário para atingir a distribuição de fluxo recomendada, levando-se em conta os requisitos de filtragem e queda de pressão. Com relação à porosidade das espumas e à distribuição de catalisadores, aplicam-se as mesmas considerações como já exposto no caso das Figs. 1 e 2. O sistema ilustrado na Fig. 4 tem a mesma configuração geométrica que aquela da Fig. 3, mas a colocação do filtro na direção do fluxo é oposta.

Para atingir elevada eficiência de filtragem com a configuração da Fig. 3, recomenda-se passar mais possível do fluxo através do segmento de filtro principal 8 desde que sua resistência ao fluxo seja aceitavelmente baixa. Isto pode ser aperfeiçoado utilizando um cone de metal perfurado 17 na entrada do filtro como ilustra a Fig. 3. Ά função desse cone é, primeiro, minimizar as separações do fluxo próximo à entrada do fluxo e guiar o fluxo em direção ao segmento de filtro principal 8 e, segundo, diminuir a taxa de fluxo através do segmento de filtro secundário 13 impondo uma resistência adicional ao fluxo por meio de pequenos furos. Portanto, sob condições operacionais normais, a maior porção do fluxo, isto é, até mais que 60% será guiado através do segmento de filtro principal. Em caso de entupimento do segmento de filtro principal, p.ex., resistência inaceitavelmente elevada ao fluxo devido à excessiva acumulação de fuligem durante direção urbana prolongada, o fluxo passará preferivelmente através dos furos do cone de metal perfurado e do segmento de filtro secundário 13. Projetando corretamente as dimensões dos segmentos de filtro e os furos do cone, é possível regular as distribuições do fluxo de modo que o filtro nunca se entupir5á durante operações normais, enquanto sua eficiência de filtragem será elevada durante condições normais de direção.

As concretizações ilustradas nas Figs. 3 e 4 baseiam-se em um princípio de operação não abrangido na técnica anterior mencionada. São adequadas para aplicações a baixa temperatura, com eficiência de filtragem reduzida em condições de carga.

Claims

(NOVO QUADRO REIVINDICATÓRIO ADAPTADO AO RELATÓRIO DESCRITIVO, DE ACORDO COM A REGRA DO ART. 14, PARA ENTRADA NA FASE NACIONAL BRASILEIRA)

1. Dispositivo de filtragem para o gás de exaustão de motores a diesel, caracterizado por compreender uma carcaça de metal (1) com um eixo longitudinal (5) definindo uma cavidade com um cano de entrada (2) e um cano de salda (3), um corpo de dispositivo de filtragem (4), composto de pelo menos um segmento de filtragem primária e uma secundária respectivamente (8, 13), dispostos ao redor do mencionado eixo longitudinal (5) da carcaça de modo a definir, dentro da carcaça (1), uma câmara externa (6) e uma câmara interna (7), as mencionadas câmeras em comunicação com o mencionado cano de entrada (2) e o mencionado cano de saida (3) de modo que durante a utilização, o fluxo dos gases de exaustão de motores seja forçado da câmara externa (6) para a câmara interna (7) ou vice-versa, e onde o fluxo dos gases de exaustão de motores seja forçado de uma câmara central (14) e da câmara externa (6) para a mencionada câmara interna (7) - ou vice-versa-, assumindo, assim, um componente radial de velocidade com relação ao eixo longitudinal (5) da carcaça (1), onde os mencionados segmentos de filtragem (8) 13) são compostos de uma pluralidade de camadas de placas de espuma de metal colocadas no caminho de comunicação entre os mencionados cano de entrada (2) e cano de saida (3), onde a porosidade das mencionadas camadas de espuma de metal é variável.

2. Dispositivo de filtragem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que as mencionadas camadas de espuma de metal são substancialmente concêntricas.

3. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a mencionada porosidade das camadas de espuma de metal é variável essencialmente ao longo da profundidade de filtragem, em uma direção perpendicular ao mencionado eixo longitudinal (5) e/ou ao longo da direção do mencionado eixo longitudinal (5).

4. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender uma combinação de várias estruturas de espuma, com maiores poros próximo à entrada de fluxo e progressivamente poros menores próximo da saida de fluxo das placas de espuma, onde as camadas próximas à entrada de fluxo possuem poros maiores do que as camadas próximas à saida de fluxo que possuem poros menores.

5. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato que o tamanho dos poros das camadas de espuma de metal varia na faixa entre 200 e 1800 micros, particularmente entre 400 e 1800 micros.

6. O dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que a espessura de cada placa de espuma é aproximadamente 1,5 mm para os tamanhos de poros menores e aproximadamente 4 mm para os tamanhos de poros maiores.

7. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um meio de suporte (9, 15) é fornecido para segurar o segmento de filtragem (8, 13) enrolado ao redor do mencionado suporte (9), em particular consistindo de um tubo de metal.

8. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, ou com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato que o mencionado suporte (9) é fabricado de metal poroso.

9. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que cada placa de espuma é fabricada de uma liga de metal com propriedades mecânicas adequadas para permitir a construção em um formato tubular.

10. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as camadas de espuma de metal são revestidas com material cataliticamente ativo, de preferência em quantidade não uniforme.

11. Dispositivo de filtragem de acordo com a reivindicação anteriores, caracterizado pelo fato que as camadas de espuma de metal são revestidas com metal nobre baseado em material cataliticamente ativo, especialmente onde o mencionado metal nobre é platina.

12. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato da carga catalitica das camadas de espuma de metal ser variável, essencialmente na direção perpendicular ao mencionado eixo longitudinal (5) e/ou ao longo da direção do mencionado eixo longitudinal (5).

13. Dispositivo de filtragem de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de a carga catalitica das camadas de espuma de metal ser variável com as camadas próximas à entrada de fluxo com uma carga mais elevada e as camadas próximas à saida de fluxo com uma carga mais baixa.

14. Dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender um meio (17) que distribui gases de exaustão automaticamente a um elemento de filtro secundário no caso de demasiada contrapressão do filtro principal, garantindo, assim, uma contrapressão mínima para o motor.

15. Dispositivo de filtragem de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de compreender um cone de metal (17) para guiar e distribuir o fluxo entrando na carcaça (1) para a câmara central (14) e a câmara externa (6).

16. Dispositivo de filtragem de acordo còm a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de o mencionado cone de metal (17) estar perfurado.

17. Sistema de filtragem para exaustão de motores a diesel motor, caracterizado por compreender uma pluralidade de combinações de dispositivos de filtragem, onde cada combinação inclui um dispositivo de filtragem de acordo com uma das reivindicações precedentes 1 a 16.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por compreender uma pluralidade de combinações, cada uma incluindo um dos mencionados dispositivos em disposições em série e/ou paralelo, respectivamente.

19. Sistema de acordo com uma das reivindicações 17 ou 18, caracterizado por também compreender um conduto com uma cavidade definida por uma superfície interna onde cada combinação é recebida na cavidade.