BRPI0719237A2

BRPI0719237A2 - Sistema de injetor duplo para controle de emissões de diesel

Info

Publication number: BRPI0719237A2
Application number: BRPI0719237-1A
Authority: BR
Inventors: James M Valentine; Thomas Vance Eldredge; Gregory John Baccari; Peter Joseph Reba
Original assignee: Tenneco Automotive Operating
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2014-04-29
Also published as: EP2078141A4; KR101399049B1; CN101573512A; KR20090077912A; WO2008045499A2; US8109077B2; EP2078141A2; JP2014238095A; JP2010507037A; MX2009003860A; CA2666333C; EP2078141B1; CA2666333A1; WO2008045499A3; CN101573512B; JP2013083269A; US20080087008A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE INJETOR DUPLO PARA CONTROLE DE EMISSÕES DE DIESEL".

REMISSÃO RECÍPROCA AOS PEDIDOS AFINS

Este pedido reivindica, de acordo com 35 U.S.C. 119(e), o bene- 5 fício do Pedido de Patente Norte-americano Provisório No. 60/851.104, de- positado em 11 de outubro de 2006, cujo pedido é aqui incorporado para referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se, de modo geral, à redução de e- 10 missões produzidas por motores diesel. Em particular, a presente invenção apresenta métodos e um aparelho para injetar fluido, tal como uma solução de uréia aquosa, ou hidrocarbonetos, tal como combustível diesel, em um fluxo de descarga, a fim de reduzir as emissões de óxido de nitrogênio (NOx) da descarga do motor diesel. Mais particularmente, a presente invenção a- 15 presenta um sistema de injetor duplo para o controle de emissões de diesel e métodos correspondentes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O controle de emissões de motor diesel através de sistemas de pós-tratamento tipicamente envolve o uso de tecnologia, tais como um filtro de particulado de diesel para controle de particulados, e um coletor pobre em óxido de nitrogênio (LNT) ou redução catalítica seletiva (SCR) para o controle de NOx. Os reagentes à base em hidrocarbono (HC) como combus- tível diesel podem ser injetados em uma descarga de motor diesel para auxi- liar na regeneração e na queima de fuligem coletada em um Filtro de Parti- culado de Diesel (DPF) ou para prover condições ricas em combustível atra- vés de um LNT para a redução de produtos químicos de NOx armazenado como N02. Reagentes, tais como soluções de uréia ou amônia na água, são geralmente usados para quimicamente converter NOx através de um catali- sador de vanádio, metal precioso ou zeolita em um gás de nitrogênio inofen- sivo. Todos estes sistemas contam com o controle preciso e a injeção de reagentes na descarga através de uma ampla faixa de taxas de fluxo de re- agente ligadas às condições de operação do motor e de operação de pós- tratamento. Além disso, os vários tamanhos de motor de menos de 2 litros em carros de passageiro até 16 litros em caminhões para demanda pesada exigem, cada qual, que diferentes quantidades de reagente medido sejam injetadas na descarga conduzindo a uma ampla variedade de diferentes ta- 5 manhos e desenhos de injetor para cada diferente aplicação, aumentando assim os custos de produção, de estoque e de serviço.

Seria vantajoso prover um sistema simples com um controlador capaz de aceitar sinais do motor, tal como rpm, carga, temperatura de des- carga ou contrapressão, de uma ECU do motor e de controlar uma ou mais 10 bombas que alimentam um ou mais injetores que injetam HC ou uréia sepa- rada ou simultaneamente em uma ou mais localizações no tubo de descarga de um motor diesel.

São conhecidos alguns sistemas que incluem um controlador para injetar um reagente com base em parâmetros, tais como temperatura e 15 pressão. Por exemplo, a Patente Norte-americana No. 6.361.754, para Pe- ter-Hoblyn e outros ("a patente de Peter-Hoblyn"), descreve um sistema para reduzir emissões que inclui um controlador para modular o fluxo ou o pulso de orifícios ou bocais de injeção. Entretanto, o sistema descrito na patente de Peter-Hobiyn não provê a injeção de dois reagentes diferentes e, de fato, 20 apenas injeta amônia gasosa formada a partir da hidrólise de uréia aquosa em um processo à montante.

A Patente Norte-americana No. 7.264.785, para Blakeman e ou- tros ("a patente de Blakeman"), descreve um sistema para a redução catalí- tica seletiva incluindo um meio para injetar um agente de redução nitrogeno- 25 so, amônia, em múltiplas localizações em um fluxo de descarga. A patente de Blakeman adicionalmente descreve um meio para controlar a introdução da amônia. Entretanto, o sistema descrito apenas injeta um agente redutor no fluxo de descarga, e apenas em uma localização em qualquer momento determinado. Em particular, o sistema injeta amônia em uma primeira área 30 de fluxo de descarga e depois mudará para uma segunda área, quando for atingida uma temperatura específica. O sistema descrito na patente de Bla- keman também usa amônia gasosa e exige uma conversão catalítica com- plexa de uréia em amônia gasosa através de um catalisador de hidrólise. A patente de Blakeman adicionalmente descreve um meio complexo de injetar uréia, quando o motor estiver desligado, e de armazenar uréia em um catali- sador até que o motor seja ligado.

A Publicação de Pedido de Patente Internacional WO

2004/058642 para Valentine ("o pedido de Valentine") descreve um sistema de controle de NOx para motores de combustão interna. O sistema inclui dois ou mais catalisadores e injetores para injetar um reagente em duas zo- nas diferentes dos catalisadores. Um controlador aceita os parâmetros me- 10 didos e os compara a valores de referência para criar sinais de controle que podem aperfeiçoar a utilização de reagente. Em particular, o controlador muda a localização do reagente da primeira zona para a segunda, conforme necessário, com base nas temperaturas do gás. Como na outra técnica cita- da anteriormente, é empregado apenas um único reagente. Além disso, o 15 pedido de Valentine não descreve como a ampla faixa de reagentes neces- sários para as condições de operação de motor poderia ser atendida, dado o único injetor em frente de cada catalisador. As limitações de temperatura de cada catalisador impediriam a injeção simultânea usando ambos injetores para altas taxas de fluxo.

Também seria vantajoso prover um injetor apresentando a capa-

cidade de uma ampla faixa de taxas de fluxo de 0,25 a 600 gramas/min. Se- ria adicionalmente vantajoso poder prover dois injetores que, em combina- ção, pudessem dispensar até 1200 gramas/min. Seria ainda vantajoso poder mudar a faixa de fluxo por meio da mudança física de apenas uma placa de 25 orifícios removível com uma faixa de tamanhos de orifícios (0,004-0,030 po- legadas (0,106 - 0,762 mm)) e por meio da variação dos parâmetros de ope- ração de porcentagem de período ativo (1%-95%), ou frequência de opera- ção (1-10 Hz) ou pressão de operação 413,7-827,4 KPa (60-120 psi). Além disso, seria vantajoso se tal injetor não exigisse ar para atomização ou res- 30 friamento e fosse construído de materiais capazes de injetar reagentes à base ou de HC ou de uréia no gás de descarga apresentando temperaturas de 150°C a 800°C com um mínimo de espaços de interrupção para impedir que depósitos sejam formados ou coletados no injetor. Seria adicionalmente vantajoso se a injeção de reagentes pudesse ser feita sem o pré-tratamento catalítico complexo de reagentes.

Os métodos e o aparelho da presente invenção apresentam tan- 5 to as vantagens anteriores como outras.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê métodos e um aparelho para injetar fluido, tal como uma solução de uréia aquosa, ou hidrocarbonetos, tal como combustível diesel, em um fluxo de descarga a fim de reduzir as emissões 10 de óxidos de nitrogênio (NOx) da descarga de motor diesel. Mais particular- mente, a presente invenção apresenta um sistema de injetor duplo para o controle de emissões de diesel e métodos correspondentes.

O Pedido de Patente Norte-americano cedido em comum No. 11/112.039, depositado em 22 de abril de 2005, e o Pedido de Patente Pro- 15 visório Norte-americano No. 60.809.918, depositado em 31 de maio de 2006, descrevem concretizações exemplificativas de injetores úteis para injeção de HC ou uréia, que são ajustáveis na taxa de fluxo por meio da mudança da pressão de alimentação, da taxa de circulação, do período ativo, da frequên- cia ou do tamanho do orifício. A presente invenção se expande nestas des- 20 crições por meio do ensinamento da aplicação de dois injetores controlados por uma única ECU ou com uma bomba única ou com duas bombas para dispensar as taxas de fluxo combinadas de menos de 20 gramas/min a 1200 gramas/min.

Objetivos da presente invenção são atingidos com a provisão de 25 um sistema para controlar emissões de diesel com dois ou mais injetores de reagente, incluindo um primeiro injetor para injetar um primeiro reagente em um fluxo de descarga de um motor diesel, onde o primeiro injetor é posicio- nado à montante de pelo menos um filtro de particulado de diesel ou de um coletor pobre em NOx, um segundo injetor para injetar um segundo reagente 30 no fluxo de descarga, onde o segundo injetor é posicionado à montante de um catalisador de redução catalítica seletiva, e onde o segundo reagente é diferente do primeiro reagente, uma primeira bomba para prover o primeiro reagente para o primeiro injetor, uma segunda bomba para prover o segundo reagente para o segundo injetor, e uma unidade de controle para controlar a injeção tanto do primeiro reagente quando do segundo reagente.

Em algumas concretizações, a unidade de controle gera pelo 5 menos um sinal de controle com base nos parâmetros de operação do mo- tor. Em algumas concretizações, a unidade de controle controla a injeção por meio da transmissão de um ou mais sinais de controle a cada bomba, a pri- meira ou a segunda, e/ou por meio da transmissão de um ou mais sinais de controle a cada dos primeiro e segundo injetores.

Outros objetivos da presente invenção são atingidos com a pro-

visão de um método para controlar as emissões de diesel usando dois ou mais injetores de regente, que inclui as etapas de detectar a carga de motor de um motor diesel; de injetar um primeiro reagente em um fluxo de descar- ga do motor diesel a partir de um primeiro injetor em uma primeira frequên- 15 cia de injeção, quando a carga detectada do motor estiver em ou abaixo de um primeiro valor; de aumentar a frequência de injeção do primeiro injetor para uma segunda frequência de injeção, quando a carga detectada do mo- tor aumentar acima do primeiro valor limiar; e de iniciar a injeção de um se- gundo reagente no fluxo de descarga a partir de um segundo injetor, quando 20 a carga detectada do motor aumentar acima de um segundo valor limiar; e de injetar o segundo reagente a partir do segundo injetor na segunda fre- quência de injeção e de injetar o primeiro reagente a partir do primeiro injetor na segunda frequência de injeção, quando a carga detectada do motor esti- ver acima do segundo valor limiar.

Em algumas concretizações, a primeira frequência de injeção é

de cerca de 1,5 Hz ou menos, o primeiro valor limiar é de cerca de 15%, a segunda frequência de injeção é de pelo menos cerca de 10 Hz, e o segun- do valor limiar é de cerca de 40%.

Além disso, é provido um método de controlar a injeção de rea- gente usando dois injetores, que inclui a provisão de uma ou mais bombas de suprimento de fluido para prover pelo menos um reagente a um injetor inicial e a um injetor de ação retardada em pressões entre cerca de 413,7 - 827,4 KPa (60 psi e 120 psi), a dispensa de um primeiro reagente a partir do injetor inicial em uma taxa de fluxo de cerca de 0,25 a 600 gramas/minuto em um fluxo de descarga de um motor diesel, o fluxo de descarga incluindo um ou mais catalisadores de pós-tratamento para o controle de NOx e de 5 particulado, a dispensa de um segundo reagente a partir do injetor de ação retardada em uma taxa de fluxo de cerca de 0,25 a 600 gramas/minuto no fluxo de descarga, onde o segundo reagente é diferente do primeiro reagen- te, o controle da dispensa de cada reagente, o primeiro ou o segundo, a par- tir de uma única unidade de controle, e onde cada dos injetores inicial e de 10 ação retardada inclui um único injetor modulado por largura de pulso de flui- do apresentando uma chapa de redemoinho para atomização para dispensar gotículas de cerca de 40 a cerca de 80 microns SMD.

Outros objetos, características e vantagens de acordo com a presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição deta- Ihada de certas concretizações vantajosas, quando lidas em conjunção com os desenhos anexos, nos quais os mesmos componentes são identificados pelos mesmos numerais de referência.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será descrita adiante em conjunção com as figuras de desenho anexas, onde numerais de referência semelhantes indi- cam elementos semelhantes.

A Figura 1 mostra um diagrama de bloco de uma concretização exemplificativa da invenção.

As Figuras 2A - 2D são diagramas de bloco que mostram o posi- cionamento de dois injetores em várias concretizações exemplificativas da presente invenção; e

a Figura 3 mostra um gráfico da partilha da taxa de fluxo entre dois injetores sob condições de carga crescente e decrescente de acordo com uma concretização exemplificativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A seguinte descrição detalhada apresenta concretizações exem- plificativas apenas, e não se destina a limitar o escopo, a aplicabilidade, ou a configuração da invenção. Em vez disso, a seguinte descrição detalhada das concretizações exemplificativas irão prover àqueles versados na técnica uma descrição para implementar uma concretização da invenção. Deve ser en- tendido que várias mudanças podem ser feitas na função e na disposição 5 dos elementos sem se afastar do espírito e escopo da invenção, conforme explicado nas reivindicações anexas.

A Figura 1 mostra um diagrama de bloco de uma concretização exemplificativa da presente invenção. A ECU do sistema de dosagem 12 contém um programa de software capaz de acionar duas bombas de deslo- 10 camento positivo de 12V DC 16, 18, cada uma das quais alimenta os respec- tivos injetores 1, 2 contendo placas de orifícios de tamanho similar ou dife- rente que podem ser operadas em pressões, frequências e porcentagem de período ativo similares ou diferentes. A ECU 10 pode suprir parâmetros de operação de motor ou um sinal de dosagem para a ECU de um sistema de 15 dosagem 12, que controla as bombas 16, 18 e os injetores 1, 2. As bombas

16, 18 podem suprir reagente de um único tanque 14, conforme mostrado na Figura 1. Em uma concretização exemplificativa adicional, cada bomba 16, 18 pode suprir reagente de diferentes tanques, e cada dos tanques pode conter um reagente diferente, conforme discutido em detalhes abaixo. Pla- 20 cas de orifícios para os injetores 1, 2 podem ser selecionadas a partir de ta- manhos que variam de 0,004 - 0,030 polegadas (0,1016 - 0,0762 mm) de diâmetro, as pressões de operação estando na faixa de 60-120 psi com ta- xas de circulação de 2,5-10 galões/hora (9,46 - 37,85 litros/hora).

A operação dos injetores modulados por largura de pulso (por 25 exemplo, através da ECU do motor 10 ou da ECU do sistema de dosagem 12) pode ser variada de tão baixa quanto 1% de período ativo a 95% de pe- ríodo ativo e as frequências podem ser variadas de 1 - 10 Hz. Estas variá- veis são selecionadas para proverem um tamanho de gotícula média prove- niente dos injetores 1, 2 na faixa de SMD de 40-80 microns. Na Figura 1, as 30 linhas tracejadas indicam percursos de sinal de controle e linhas sólidas in- dicam linhas de fluido para reagente.

Enquanto a Figura 1 mostra dois injetores 1, 2 sendo alimenta- dos com reagente do tanque 14 através das bombas 16, 18, deve ser apre- ciado que onde o mesmo reagente está sendo alimentado nos injetores 1, 2, podendo ser usada uma única bomba para suprir um reagente comum a ambos injetores 1, 2.

5 Em uma concretização exemplificativa adicional, o reagente po-

de ser também usado para resfriar os injetores 1, 2. Em tal caso, este rea- gente pode ser retornado para o tanque de reagente 14 através de linhas de retorno 16a e 16b, respectivamente.

Sabe-se que injetores do tipo adequado para uso com a presen- te invenção podem ter variações de +/- 20% no fluxo, quando operados em baixas taxas de fluxo devido às características de desenho inerentes. Por isso, é desejável operar tais injetores acima de um período ativo de 10% tan- to quanto possível para ter uma melhor precisão de controle de fluxo.

Em uma concretização exemplificativa adicional, conforme mos- 15 trado na Figura 2A, onde o reagente é similar, por exemplo, hidrocarboneto tanto para regeneração e injeção DPF em um LNT, uma única bomba pode então ser usada para alimentar dois injetores, que são selecionados e ope- rados para atender a faixa de fluxo desejada. Neste caso, um reagente de hidrocarboneto é alimentado no primeiro injetor 1 posicionado diante do 20 DPF-20 e também no segundo injetor 2 posicionado diante do LNT 22.

Em outra concretização exemplificativa da presente invenção, conforme mostrado na Figura 2B, podem ser usados dois reagentes diferen- tes. Por exemplo, os hidrocarbonetos podem ser injetados no fluxo de des- carga de diesel através de um injetor (por exemplo, injetor 1) posicionado 25 diante do DPF 20 para a regeneração de DPF, e a uréia pode ser injetada pelo outro injetor (por exemplo, injetor 2) posicionado diante do catalisador SCR 24 para SCR. Em tal concretização exemplificativa, duas bombas (cada qual com seu próprio tanque de reagente apresentando reagentes HC e SCR, respectivamente) podem ser usadas, cada bomba dedicada a um inje- 30 tor específico que foi dimensionado e é operado para dispensar a taxa de fluxo desejada de reagente com base em sinais da ECU do motor 10 e/ou ECU do sistema de dosagem 12. A ECU do motor 10 ou a ECU do sistema de dosagem 12 podem ser projetadas para variar o tempo e a frequência de operação de cada injetor com base nas exigências de aplicação para injeto- res individuais.

Uma concretização exemplificativa adicional da presente inven- ção, onde dois reagentes diferentes podem ser usados, é mostrada na Figu- ra 2C. Neste exemplo, hidrocarbonetos podem ser injetados no fluxo de des- carga de diesel através de um injetor (por exemplo, o injetor 1) posicionado diante de um LNT, e a uréia pode ser injetada pelo outro injetor (por exem- plo, o injetor 2) posicionado acima do catalisador SCR 24 para SCR. Em tal concretização exemplificativa, duas bombas (cada qual com seu próprio tan- que de reagente apresentando reagentes HC e SCR, respectivamente) po- dem ser usadas, cada bomba dedicada a um injetor específico que foi di- mensionado e é operado para dispensar a taxa de fluxo desejada de reagen- te com base nos sinais da ECU do motor 10 e/ou a ECU do sistema de do- sagem 12. A ECU do motor 10 ou a ECU do sistema de dosagem 12 podem ser projetadas para variar o tempo e a frequência de operação de cada inje- tor com base nas exigências de aplicação para injetores individuais.

Na concretização exemplificativa mostrada na Figura 2C, ambos os injetores 1 e 2 podem ser operados ao mesmo tempo. Alternativamente, o sistema pode acionar um injetor enquanto o outro está desativado, depen- dendo das condições de operação do motor. Além disso, o injetor 1 pode ser desligado inicialmente e o sistema pode ser operado com apenas um injetor 2 injetando uréia no catalisador SCR 24. Um alarme poderá soar quando a uréia no tanque que supre a bomba para o injetor 2 alcançar um nível baixo predeterminado. Uma vez que o alarme é acionado, a ECU 10 e/ou a ECU do sistema de dosagem 12 poderão instruir o injetor 2 a interromper a inje- ção de uréia. Entretanto, a uréia que fica no tanque pode ser circulada atra- vés do injetor 2 depois do soar do alarme para resfriar o injetor 2. Ao mesmo tempo em que o injetor 2 é desligado, a ECU 10 e/ou ECU do sistema de dosagem 12 podem acionar o injetor 1, e o injetor irá começar a injetar hi- drocarbonetos no LNT 22 até que o tanque de uréia seja reenchido. Durante o tempo em que o injetor 1 está desligado, os hidrocarbonetos podem ser circulados através do mesmo para fins de resfriamento. Quando do uso de um sistema tanto com LNT 22 como um catalisador SCR 24, poderá ser van- tajoso colocar o LNT 22 diante do catalisador SCR 24, conforme mostrado na Figura 2C, já que o catalisador SCR 24 pode fazer uso de subprodutos de 5 amônia formados em reações de hidrocarbonetos através do LNT 22. Con- tudo, é concebível implementar tal sistema com a SCR 24 colocada em fren- te do LNT 22.

Em outra concretização exemplificativa da presente invenção, onde altos volumes de reagente podem ser necessários, tal como em um 10 grande motor para demanda pesada, a configuração de duas bombas e de dois injetores pode ser usada para atingir taxas de fluxo totais de até 1200 gramas/minuto. Em tal concretização exemplificativa, o primeiro injetor 1 é projetado como um injetor inicial e o segundo injetor 2 é um injetor de ação retardada. O injetor inicial pode ser dimensionado e selecionado para prover 15 um fluxo de faixa de mínima a média com a operação em uma baixa largura de pulso de 1-2 HZ e em uma baixa porcentagem de período ativo de 1-5% e até período ativo de 15-50% antes de a frequência ser automaticamente mudada para 10Hz, aumentando assim o fluxo do injetor inicial e melhoran- do sua operação na ótima faixa de fluxo. No ponto de 40-50% de fluxo má- 20 ximo do injetor inicial 1, o segundo injetor (ação retardada) 2 pode ser inicia- do em uma frequência de 10 Hz para dispensar qualquer fluxo adicional exi- gido pelo controle do sistema. Ambos os injetores podem ter período ativo aumentado em paralelo até que a taxa de fluxo máxima seja atingida com base nos sinais de demanda da ECU.

Existem inúmeras situações onde uma concretização do sistema

de injetor duplo da presente invenção pode ser benéfica. Por exemplo, no caso em que a injeção de HC é usada para regenerar um DPF em uma base infrequente, as taxas de injeção podem variar de 1-5 gramas/min a 400-600 gramas/min por um período de 1-5 minutos a cada 300 milhas (482,80 km). 30 Durante períodos quando a injeção não é exigida para regeneração do DPF, o injetor inicial poderá continuamente circular hidrocarbonetos através do injetor para mantê-lo frio e para impedir os depósitos de carbono no injetor. O segundo injetor, alimentado a partir de uma bomba de circulação de uréia dedicada, pode ser usado para injetar reagente de uréia através do catalisa- dor SCR em taxas determinadas pelo NOx emitido como uma função da carga e da velocidade do motor. Taxas de fluxo de 0,25 gramas/min a 100 5 gramas/min para aplicações para demanda leve de 20 gramas/min a 600 gramas/min para aplicações para demanda pesada são típicas e podem ser selecionadas por escolha para o tamanho do orifício, a frequência de opera- ção, a porcentagem de período ativo e/ou a pressão da bomba.

Em outro exemplo, um sistema SCR pode exigir uma ampla fai- xa de taxas de fluxo de 10-20 gramas/min em uma carga baixa a 1000 gra- mas/min em alta carga. Um injetor típico de orifício de 0,025 polegadas (0,635 mm) pode apenas dispensar aproximadamente de 500 gramas/min em 10 Hz e em um período ativo de 90%. Quando operado em um período ativo de 1,5%, ele poderá alcançar 20 gramas/min. Neste caso, o injetor ini- ciai pode ser operado em um período ativo de 1,5%, ele poderá alcançar 20 gramas/min. Neste caos, o injetor inicial poderá ser operado usando mudan- ças na frequência e no período ativo para atingir 20-500 gramas/min, em cujo ponto o injetor de ação retardada é iniciado em operação paralela ao injetor inicial para prover um fluxo de uréia adicional começando em cerca de 100 gr/in e 10 Hz. A porcentagem de período ativo para ambos os injeto- res pode ser aumentada até um máximo de 95% para dispensar até um total de 1000 gramas/min de uréia. Em algumas concretizações, a pressão de operação ou da bomba é também variada para controlar o volume de inje- ção. Em particular, a pressão da bomba pode ser aumentada acima de cerca de 80 psig para ajudar a alcançar os volumes elevados.

Os resultados dos testes para uma implementação exemplificati- va do sistema de injetor duplo, conforme mostrado na Figura 2D da presente invenção, são providos abaixo. Nesta implementação exemplificativa, os re- sultados da operação foram obtidos para um sistema à base de HC projeta- 30 do e programado para dispensar 20 gramas/min ou menos de reagente até 800 gramas/min ou mais de reagente para injeção em frente de um coletor pobre em NOx 22 ou reformador HC à montante 26 usado para converter reagentes de HC em espécies mais reativas à montante de um LNT 22. Nes- te exemplo, dois injetores de orifício de 0,028 1 e 2 são, cada qual, posicio- nados diante do LNT 22 e do reformador HC 26, e são, cada qual, alimenta- dos por uma bomba separada em uma pressão de linha de 55,2 - 758,4 kpa 5 (8-110 psi), sendo usada uma única ECU para controlar a frequência e a porcentagem de período ativo de cada injetor com base em um programa desenvolvido para associar a injeção do reagente a um sinal de carga do motor ou sinal comparável de dosagem de reagente da ECU do motor. Um catalisador SCR 24 pode ser posicionando à jusante do LNT 22 para fazer 10 uso dos subprodutos de amônia formados nas reações de hidrocarbonetos através do LNT 22.

SEQÜÊNCIA DE OPERAÇÃO DE INJETOR DUPLO

Condições de carga crescente: Conforme indicado na Tabela 1 abaixo, na carga mínima (1%), o injetor irá começar a injeção em uma fre- quência de 1,5 Hz e em 15 gramas/min. À medida que a carga é aumentada de 1% a 15%, a frequência do injetor irá permanecer em 1,5 Hz enquanto a taxa de fluxo do injetor 1 muda proporcionalmente de 17 a 125 gramas por minuto. Se a carga continuar a aumentar além de 15%, a frequência do inje- tor irá mudar de 1,5 Hz para 10 Hz dentro de aproximadamente 60 milisse- gundos. O injetor 1, que opera em 10 Hz, irá continuar a prover a taxa de fluxo solicitada até uma carga de 40% igual a 330 gramas por minuto. À me- dida que a carga aumenta além de 40%, o injetor irá começar a injetar em uma frequência de 10 Hz, e o fluxo será dividido 78% (264 g/m) a partir do injetor 1 e 22% (72 g/min) a partir do injetor 2. À medida que a carga aumen- ta de 40% a 100%, a taxa de fluxo irá aumentar mais rapidamente no injetor

2 do que no injetor 1, resultando em uma taxa de fluxo dividida de 50/50 en- tre os injetores 1 e 2 em 100% de carga com um fluxo total de 816 gramas por minuto.

Nota: O injetor 1 irá operar em 1,5 Hz para baixa carga (<15%) e em 10 Hz para cargas maiores do que 15%. O injetor 2 irá operar em 10 Hz para todas as condições de operação.

Condições de carga decrescente: À medida que a carga diminui de 100% para 40%, os injetores compartilham da carga exatamente igual como em um aumento de carga que vai de uma divisão de 50/50 em carga total a uma divisão de 78% do injetor (262 g/m) e 22% do injetor 2(71 g/m) em uma carga de 41 % com ambos os injetores operando em uma frequência 5 de 10 Hz. À medida que a carga diminui entre 40% e 21%, o injetor 2 irá continuar a injetar em uma frequência de 10 Hz e manterá um fluxo de 71 gramas/min. O injetor 1 irá injetar em uma frequência de 10 Hz e reduzir sua taxa de fluxo proporcionalmente entre estes pontos que caem de 253 gra- mas por minuto em 40% de carga para 90 gramas por minuto em 21% de 10 carga. Quando a carga cair abaixo de 21%, o injetor 2 irá parar de injetar e o injetor 1 irá continua a injetar em uma frequência de 10 Hz e prover a dose solicitada de 162 gramas por minuto em 20% de cada até 95 gramas por minuto ou 12% de carga. Abaixo de 12% de carga, a frequência do injetor 1 irá mudar de 10 Hz a 1,5 Hz dentro de 160 milisegundos do comando de 15 decréscimo. O injetor 1 irá continuar a injetar a dose solicitada em uma fre- quência de 1,5 Hz e diminuir a dose proporcionalmente de 95 gramas por minuto em 12% de carga para 17 gramas por minuto em 1% de carga.

Nota: O injetor 1 irá operar em 1,5 Hz para baixa carga (<12%) e em 10 Hz para cargas maiores do que 12%. O injetor 2 irá operar em 10 Hz para todas as condições de operação.

A Figura 3 é uma representação gráfica da partilha da taxa de fluxo entre o injetor 1 e o injetor 2 para o aumento e o decréscimo na carga de acordo com o exemplo anterior. As linhas 30 e 32 representam as taxas de fluxo do injetor 1 e do injetor 2, respectivamente, durante um aumento na 25 carga. As linhas 34 e 36 representam as taxas de fluxo do injetor 1 e do inje- tor 2, respectivamente, durante um aumento na carga. A linha 38 representa a taxa de fluxo total tanto do injetor 1 como do injetor 2.

Deve ser entendido que as diferentes características de compor- tamento do desempenho do injetor para aumentar e diminuir as cargas se destinam a reduzir os "ciclos curtos" do injetor #2 durante a rápida mudança das condições de carga enquanto mantêm uma ótima qualidade de borrifo de ambos os injetores. Tabela 1: resultados do teste de taxa de fluxo de todo o sistema resultados do teste de carga crescente percentagem de carga 1% 14% 16% 25% 39% 41% 50% 75% 100% injetor 1A (1,5 Hz) 16,8 106,3 0 0 0 0 0 0 0 injetor 1B (10 Hz) 0 0 127,1 213,8 330,3 267,5 292,6 354,9 421,5 injetor 2 0 0 0 0 0 74,1 123,5 271,9 401,8 volume total injetado g/m 16,8 106,3 127,1 213,8 330,3 341,6 416,1 626,8 823,3 resultados c o teste de carga decrescente percentagem de carga 100% 75% 50% 41% 39% 23% 22% 16% 14% 1% injetor 1A (1,5 Hz) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17 injetor 1B (10 Hz) 420,2 353,8 293,4 265,6 252,3 99,7 169,4 126,2 105 0 injetor 2 401,1 272,2 124,2 73,2 73,5 74,2 0 0 0 0 volume total injetado g/m 821,3 626 417,6 338,8 325,8 173,9 169,4 126,2 105 17 testes executados em um sistema montado & programado usand o sinal de neutralização de carga para iniciar a injeção Em uma concretização adicional, em um veículo equipado com um sistema de catalisador SCR duplo, um catalisador do tipo de metal pre- cioso pode ser usado para uma operação de baixa temperatura (temperatu- ras de descarga menores do que 200C) alimentada pelo injetor inicial e um 5 segundo catalisador do tipo vanádio ou zeolita colocado à jusante do catali- sador de baixa temperatura poderão ser usados com o injetor de ação retar- dada, quando as temperaturas estivem acima de 220-250 C, em cujo ponto o injetor inicial não mais injeta regente no catalisador de baixa temperatura, mas continua a circular reagente para manter o injetor frio. Em certas tempe- 10 raturas de descarga na faixa de 200-250C, ambos os injetores podem ser operados para melhorar a redução de Nox e diminuir a formação de subpro- dutos.

Agora, deve ser apreciado que a presente invenção apresenta método e aparelho vantajosos pra reduzir emissões de NOx usando dois injetores.

Embora a invenção tenha sido descrita em conexão com várias concretizações ilustradas, inúmeras modificações e adaptações poderão ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção, conforme explicado nas reivindicações.

Claims

1. Sistema para controlar emissões de diesel com dois ou mais injetores de reagente, que compreende: um primeiro injetor para injetar um primeiro reagente em um flu- xo de descarga de um motor diesel, em que o dito primeiro injetor é posicio- nado à montante de pelo menos um filtro de particulado de diesel ou de um coletor pobre em óxidos de nitrogênio; um segundo injetor para injetar um segundo reagente no fluxo de descarga, em que o dito segundo injetor é posicionado à montante de um catalisador seletivo de redução catalítica, e em que o segundo reagente é diferente do primeiro reagente; uma primeira bomba para prover o primeiro reagente para o dito primeiro injetor; uma segunda bomba para prover o segundo reagente para o dito segundo injetor; e uma unidade de controle para controlar a injeção tanto do pri- meiro reagente como do segundo reagente.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita uni- dade de controle gera pelo menos um sinal de controle com base nos parâ- metros de operação de motor.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita uni- dade de controle controla a injeção por meio da transmissão de um ou mais sinais de controle para cada bomba, a dita primeira e a dita segunda.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita uni- dade de controle controla a injeção por meio da transmissão de um ou mais sinais de controle para cada injetor, o dito primeiro e o dito segundo.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro reagente é um hidrocarboneto e o segundo reagente é uréia.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que a unidade de controle varia um ponto de ignição e uma frequência de injeção de cada injetor, o dito primeiro e o dito segundo.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, que adicionalmente compreende: um primeiro tanque conectado à primeira bomba e compreen- dendo um primeiro reagente; e um segundo tanque conectado à segunda bomba e compreen- dendo o segundo reagente.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, em que: a dita unidade de controle é adaptada para receber um sinal de alerta indicativo do segundo tranque alcançando um nível baixo predetermi- nado; e em que, a dita unidade de controle transmite pelo menos um sinal de controle para deter a injeção do segundo reagente e para dar início à injeção do primeiro reagente com o recebimento do sinal de alerta.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que cada inje- tor, o dito primeiro e o dito segundo, inclui uma placa de orifícios apresen- tando um diâmetro de orifício de cerca de 0,004 polegadas (0,1016 mm) a 0,030 polegadas (0,0762 mm).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, em que cada inje- tor, o dito primeiro e o dito segundo, inclui uma placa de turbilhonamento para atomização para dispensar gotículas de cerca de 40 a cerca de 80 mi- cron SMD.

11. Método para controlar emissões de diesel usando dois ou mais injetores de reagente, que compreende as etapas de: detectar a carga de um motor de um motor diesel; injetar um primeiro reagente em um fluxo de descarga do motor diesel de um primeiro injetor em uma primeira frequência de injeção, quando a carga detectada do motor for um primeiro valor limiar ou estiver abaixo do mesmo; aumentar a frequência de injeção do primeiro injetor para uma segunda frequência de injeção, quando a carga detectada do motor aumen- tar acima do primeiro valor limiar; e iniciar a injeção de um segundo reagente no fluxo de descarga de um segundo injetor, quando a carga detectada do motor aumentar acima de um segundo valor limiar; e injetar o segundo reagente do segundo injetor na segunda fre- quência de injeção e injetar o primeiro reagente do primeiro injetor na se- gunda frequência de injeção, quando a carga detectada do motor estiver a- cima do segundo valor limiar.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que, a primeira frequência de injeção é de cerca de 1,5Hz ou menos; o primeiro valor limiar é cerca de 15%; a segunda frequência de injeção é pelo menos cerca de 10 Hz; e o segundo valor limiar é cerca de 40%.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, que adicional- mente compreende as etapas de: aumentar um ponto de ignição do primeiro injetor, à medida que a carga detectada do motor aumenta de cerca de 1 % a cerca de 15% para alcançar uma primeira velocidade de escoamento do primeiro injetor de cer- ca de 125 gramas/minuto; e aumentar o ponto de ignição do primeiro injetor, à medida que a carga de motor aumenta em cerca de 40% até que a primeira velocidade de escoamento seja pelo menos de cerca de 330 gramas/minuto.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, que adicional- mente compreende as etapas de: aumentar a primeira velocidade de escoamento e de aumentar a segunda velocidade de escoamento do segundo injetor até que uma veloci- dade de escoamento total de pelo menos 816 gramas/minuto seja alcança- da.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, que adicional- mente compreende as etapas de: injetar o primeiro reagente na segunda frequência de injeção e injetar o segundo reagente na segunda frequência de injeção, à medida que a carga detectada do motor diminui para um terceiro valor limiar; deter a injeção do segundo reagente do segundo injetor, quando a carga detectada do motor diminuir abaixo do terceiro valor limiar; e diminuir a frequência de injeção do primeiro injetor para a primei- ra frequência de injeção, quando a carga detectada diminuir abaixo de um quarto valor limiar.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, em que o terceiro valor limiar é de cerca de 21 %; e o quarto valor limiar é de cerca de 12%.

17. Método, de acordo com a reivindicação 11, que adicional- mente compreende a etapa de: variar uma velocidade de escoamento de cada injetor, o primeiro e o segundo.

18. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que o primei- ro reagente e o segundo reagente são uréia.

19. Método, de acordo com a reivindicação 11, em que o primei- ro reagente e o segundo reagentes são um hidrocarboneto.

20. Método, de acordo com a reivindicação 11, que adicional- mente compreende as etapas de: receber em uma unidade de controle um sinal de alerta indicati- vo de um suprimento do segundo reagente alcançando um nível baixo pre- determinado; e de transmitir da unidade de controle pelo menos um sinal de contro- le para deter a injeção do segundo reagente e para dar início à injeção do primeiro reagente com o recebimento do sinal de alerta.

21. Método de controlar a injeção de reagente usando dois inje- tores, que compreende: a provisão de uma ou mais bombas de suprimento de fluido para prover pelo menos um reagente para um injetor inicial e um injetor de ação retardada em pressões de entre cerca de 413,7 - 827,4 KPa (60 psi e 120 psi); a dispensa de um primeiro reagente do injetor inicial em uma velocidade de escoamento de cerca de 0,25 a 600 gramas/minuto em um fluxo de descarga de um motor diesel, o fluxo de descarga incluindo um ou mais catalisadores de pós-tratamento para o controle de óxidos de nitrogênio e de particulado; a dispensa de um segundo reagente do injetor de ação retarda- da em uma velocidade de escoamento de cerca de 0,25 a 600 gra- mas/minuto no fluxo de descarga, em que o segundo reagente é diferente do primeiro reagente; o controle da dispensa de cada reagente, o primeiro e o segun- do, de uma única unidade de controle; e em que cada dos injetores de avanço e de retardo compreende um injetor modulado por largura de pulso de fluido único apresentando uma placa de turbilhonamento para atomização para dispensar gotículas de cerca de 40 a cerca de 80 micron SMD.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, em que um ou mais catalisadores de pós-tratamento incluem um filtro de particulado de diesel e um catalisador seletivo de redução catalítica Iocaliza- do à jusante do filtro de particulado de diesel; o injetor inicial injeta um reagente de hidrocarboneto à montante do filtro de particulado de diesel; e o injetor de ação retardada injeta um reagente de uréia entre o filtro de particulado de diesel e o catalisador seletivo de redução catalítica.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, em que cada injetor, o primeiro e o segundo, inclui uma placa de orifícios com um diâmetro de abertura de orifício de cerca de 0,004 polegadas (0,1016 mm) a cerca de 0,030 polegadas (0,072 mm); e cada injetor, o primeiro e o segundo, é configurado para prover um ponto de ignição percentual de cerca de 1% a cerca de 95%, uma fre- quência de injeção de cerca de 1 Hz a cerca de 10Hz, uma pressão de fluido de cerca de 413,7 - 827,4 KPa (60 psi a cerca de 120 psi), e uma taxa de circulação de cerca de 2,5 a cerca de 10 galões/hora (9,46 a cerca de 37,85 litros/hora).