BRPI0807359B1 - sistema e método de pós-tratamento de gás de exaustão - Google Patents

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sistema e método de pós-tratamento de gás de exaustão a presente invenção se refere a sistema de póstratamento de gás de exaustão compreendendo: - uma unidade de filtro de particulado de diesel (dpfu) proporcionada à jusante de um motor a diesel; - uma disposição de redução catalítica seletiva (scr) proporcionada em comunicação de fluido com referido dpfu; - um primeiro injetor para alimentação de agente de redução para o gás de exaustão proporcionado à jusante de referida dpfu e à montante de referida scr; - pelo menos um sensor de nox proporcionado à jusante de referida scr para provisão de pelo menos um sinal de nox para um coordenador de nox - pelo menos um sensor de temperatura proporcionado à jusante e/ou à montante de referida scr para provisão de pelo menos um sinal de temperatura para referido coordenador de nox; em que - referido coordenador de nox é proporcionado para permutação de referido motor a diesel para um modo de nox alto ou para um modo de nox baixo dependendo dos valores do pelo menos um sinal de nox e/ou do pelo menos um sinal de temperatura.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE PÓS-TRATAMENTO DE GÁS DE EXAUSTÃO CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção se refere a um método e a um aparelho para purificação de gases de exaustão a partir de um motor a díesel, e mais particularmente a presente invenção se refere a um método e a um aparelho para purificação de gases de exaustão a partir de um motor a díesel que tem capacidade de remoção de particulados e NOx contidos nos gases de exaustão.
PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA [002] As condições de regulamentação atuais no mercado automotivo têm conduzido para uma demanda crescente para aperfeiçoar economia de combustível e para reduzir emissões em veículos atuais (de hoje em dia). Estas condições de regulamentação têm ser equilibradas com as demandas de um consumidor para alta performance e rápida resposta para um veículo.
[003] Um motor a díesel possui uma eficiência acima de cerca de 52 % e é, por conseqüência, o melhor conversor de energia fóssil. Concentração de emissão de NOx é dependente da concentração de átomo de oxigênio local e da temperatura local. Referida alta eficiência é, entretanto, somente possível em uma temperatura de combustão elevada na qual altos níveis de NOx são inevitáveis. Além do mais, uma supressão de formação de NOx por recursos internos (proporção ar/combustível) possui a tendência de provocar um aumento nos particulados, conhecido como o intercâmbio (trade off) de particulados de NOx. Adicionalmente, um excesso de oxigênio nos gases de exaustão a partir de um motor a díesel previne a utilização de tecnologia de catalisador de 3 vias estequiométrico para redução de NOx como é utilizada em carros de motores movidos à gasolina a partir do final dos anos 80.
[004] Redução dos óxidos de nitrogênio (NOx) e matéria de particulado (PM) em gases de exaustão a partir de
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2/20 um motor a diesel tem se tornou um problema muito importante em vista da proteção ao meio ambiente e da economia de suprimento de energia fóssil finito. Para a futura legislação (US10, EU VI, etc.) pode ser necessário possuir uma combinação de um catalisador de oxidação de diesel (DOC), um filtro de particulado de diesel (DPF) e um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) no sistema de exaustão.
[005] Quando otimizando combustão em cilindro para máxima eficiência de combustível geralmente se proporciona altos níveis de NOx nos gases de exaustão. Este é um problema com a legislação de emissão restritiva (severa) dos dias de hoje, na medida em que o sistema de pós-tratamento pode somente reduzir uma determinada quantidade do NOx. Portanto, existe um intercâmbio entre eficiência de combustível e se estar condescendente com emissão.
[006] Descarga de NOx de motor mais baixa também reduz regeneração passiva de DPF. Isto pode conduzir para uma frequência aumentada de regenerações de DPF fundamentadas em O2 (onde aplicável), que tende a deteriorar o sistema EATS (DOC + DPF + SCR) em uma taxa acelerada. Portanto, regeneração menos passiva pode conduzir para a necessidade de possuir sistema EATS maior, para compensar para deterioração aumentada. Existe também uma penalidade de combustível adicional durante a regeneração fundamentada em O2.
RESUMO DA INVENÇÃO [007] Como explanado anteriormente, existe um problema associado com métodos e aparelhos do estado da técnica para purificação de gases de exaustão a partir de um motor a diesel.
[008] O objetivo da presente invenção é o de proporcionar um sistema e método de pós-tratamento de gás de exaustão que pelo menos reduz os problemas anteriormente mencionados.
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3/20 [009] Este objetivo é conseguido pelas características das reivindicações independentes posteriormente. As outras reivindicações dependentes posteriormente e a descrição apresentam concretizações exemplificativas vantajosas da presente invenção.
[010] Em concordância com um primeiro aspecto da presente invenção, um sistema de pós-tratamento de gás de exaustão compreende uma unidade de filtro de particulado de diesel (DPFU) proporcionada à jusante de um motor a diesel. Uma disposição de redução catalítica seletiva (SCR) proporcionada em comunicação de fluido com referida (DPFU) . Um primeiro injetor para alimentação de agente de redução para o gás de exaustão proporcionado à jusante de referida DPFU e à montante de referida SCR. Pelo menos um sensor de NOx proporcionado à jusante de referida SCR para provisão de pelo menos um sinal de NOx para um coordenador de NOx. Pelo menos um sensor de temperatura proporcionado à montante e/ou à jusante de referida SCR para provisão de pelo menos um sinal de temperatura para referido coordenador de NOx. Referido coordenador de NOx é proporcionado para permutação de referido motor a diesel em um modo de NOx alto ou um modo de NOx baixo dependendo dos valores do pelo menos um sinal de NOx e/ou do pelo menos um sinal de temperatura.
[011] Uma vantagem da presente invenção é a de que a mesma maximiza geração de fuligem passiva.
[012] Uma outra vantagem da presente invenção é a de que o número de regenerações fundamentadas em O2 ativo podem ser mantidas em um mínimo.
[013] Ainda uma outra vantagem da presente invenção é a de que a mesma possibilita para um baixo consumo de combustível e de agente de redução enquanto mantém uma emissão de NOx abaixo dos níveis de legislação.
[014] Ainda uma outra vantagem da presente invenção é a de que a mesma possibilita que o motor venha a ser
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4/20 otimizado para consumo de combustível o mais baixo com um correto nível de descarga de NOx no escapamento.
[015] Ainda uma outra vantagem com a presente invenção é a de que a mesma também otimiza a utilização da taxa de conversão de NOx de catalisador de SCR.
[016] Ainda uma outra vantagem da presente invenção é a de que a mesma possibilita que o motor venha a ser otimizado para regeneração passiva.
[017] Ainda uma outra vantagem com a presente invenção é a de que o número de regenerações fundamentadas em O2 ativo podem ser mantidas em um mínimo.
[018] Ainda uma outra vantagem com a presente invenção é a de que a mesma compensa para os efeitos ambientais (diferentes taxas de conversão) e/ou compensa para efeitos de envelhecimento sobre o SCR e sobre o motor.
[019] Ainda uma outra vantagem com a presente invenção é a de que a mesma possibilita detecção de problemas com o sistema de SCR.
[020] Uma outra vantagem com a presente invenção é a de que irá ser possível utilizar um catalisador de SCR menor, proporcionando benefícios tanto de custo, e quanto de espaço e quanto de peso.
[021] O motor pode ser permutado para referido modo de NOx baixo ou alto por mudança, por exemplo, de um ou mais dos seguintes parâmetros: quantidade de recirculação de gás de exaustão (EGR), pressão de impulsão, regulagem de tempo de injeção de combustível, pressão de injeção de combustível, número de injeções de combustível. Referida permutação a partir de modo de NOx alto para modo de NOx baixo pode ser desempenhada quando sinal de NOx está acima de um valor de limiar pré-determinado. Referida permutação a partir de modo de NOx baixo para alto pode ser desempenhada quando o sinal de NOx está abaixo de um valor de limiar pré-determinado e referido sinal de temperatura está entre uma primeira
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5/20 temperatura (T1) e uma segunda temperatura (T2) . Referida permutação a partir do modo de NOx baixo para modo de NOx alto também pode ser dependente do conteúdo do agente de redução de NOx no tanque.
[022] Em uma concretização exemplificativa da presente invenção, referida DPFU compreende um DPF revestido com um material de catalisador de oxidação. Uma vantagem com isto é a de que espaço, peso e custo podem ser adicionalmente reduzidos.
[023] Em ainda uma outra concretização exemplificativa da presente invenção, um gerador de calor é proporcionado entre referido motor a díesel e referida DPFU. Uma vantagem com referida concretização da presente invenção é a de que temperatura de trabalho otimizada para o EATS pode ser conseguida sobre demanda independentemente da carga e de RPM do motor.
[024] Em ainda uma outra concretização exemplificativa da presente invenção, um catalisador de redução de NO2 é proporcionado entre em comunicação de fluido com a DPFU e referida SCR. Uma vantagem com esta concretização da presente invenção é a de que proporção NO/NO2 pode ser otimizada para a SCR independentemente da idade do EATS.
[025] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, referido método de pós-tratamento de gás de exaustão compreende as ações de: oxidação de NO em NO2 e captura de partículas de combustão em uma unidade de filtro de particulado de díesel (DPFU) proporcionada em comunicação de fluido com um motor a díesel; redução de NO2 em NO em uma disposição de redução catalítica seletiva (SCR) disposta em comunicação de fluido com referido DPFU; injeção de um agente de redução por um primeiro injetor para o gás de exaustão disposto à jusante de referida DPFU e à montante de referida SCR; provisão de um sinal de NOx para um coordenador de NOx
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6/20 a partir de pelo menos um sensor de NOx proporcionado à jusante de referida SCR; provisão de um sinal de temperatura para referido coordenador de NOx a partir de pelo menos um sensor de temperatura proporcionado à montante e/ou à jusante de referida SCR; permutação de referido motor a diesel para um modo de NOx alto ou para um modo de NOx baixo dependendo dos valores do pelo menos um sinal de NOx e/ou do pelo menos um sinal de temperatura.
[026] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, um programa de computador armazenável em um meio (mídia) de leitura por computador, compreendendo um código de programa para utilização em um método compreende as ações de: oxidação de NO em NO2 e captura de partículas de combustão em uma unidade de filtro de particulado de diesel (DPFU) proporcionada em comunicação de fluido com um motor a diesel; redução de NO2 em NO em uma disposição de redução catalítica seletiva (SCR) disposta em comunicação de fluido com referido DPFU; injeção de um agente de redução por um primeiro injetor para o gás de exaustão disposto à jusante de referida DPFU e à montante de referida SCR; provisão de um sinal de NOx para um coordenador de NOx a partir de pelo menos um sensor de NOx proporcionado à jusante de referida SCR; provisão de um sinal de temperatura para referido coordenador de NOx a partir de pelo menos um sensor de temperatura proporcionado à montante e/ou à jusante de referida SCR; permutação de referido motor a diesel para um modo de NOx alto ou para um modo de NOx baixo dependendo dos valores do pelo menos um sinal de NOx e/ou do pelo menos um sinal de temperatura.
[027] Este programa de computador pode ser adaptado para ser baixado para uma unidade de suporte ou um de seus componentes quando rodando em um computador que está conectado para a internet.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
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7/20 [028] Com referência para os Desenhos acompanhantes, se segue uma descrição em maiores detalhes de concretizações da presente invenção citadas como exemplificativas.
A Figura 1 mostra uma ilustração esquemática de uma primeira concretização exemplificativa de um sistema de póstratamento de gás de exaustão em concordância com a presente invenção em conexão de fluido com um motor de combustão interna.
A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática de uma segunda concretização exemplificativa de um sistema de póstratamento de gás de exaustão em concordância com a presente invenção em conexão de fluido com um motor de combustão interna.
A Figura 3 mostra uma ilustração esquemática de uma terceira concretização exemplificativa de um sistema de póstratamento de gás de exaustão em concordância com a presente invenção em conexão de fluido com um motor de combustão interna.
A Figura 4 mostra uma ilustração esquemática de uma quarta concretização exemplificativa de um sistema de póstratamento de gás de exaustão em concordância com a presente invenção em conexão de fluido com um motor de combustão interna.
A Figura 5 mostra uma ilustração esquemática de uma quinta concretização exemplificativa de um sistema de póstratamento de gás de exaustão em concordância com a presente invenção em conexão de fluido com um motor de combustão interna.
[029] Nos Desenhos, elementos iguais são referidos para iguais numerais de referência. Os Desenhos são meramente representações esquemáticas, não intencionadas para representar parâmetros específicos da presente invenção. Além do mais, os Desenhos são intencionados para delinear
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8/20 somente representações típicas da presente invenção e, consequentemente, não devem ser considerados como limitativos do escopo da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO [030] Na Figura 1, uma primeira concretização exemplificativa de um sistema de pós-tratamento de gás de exaustão (EATS) (100) em concordância com a presente invenção é esquematicamente ilustrada. Referido EATS é fluidicamente conectado para um motor de combustão interna (110), por exemplo, um motor a diesel. Referido EATS (100) compreende uma unidade de filtro de particulado de diesel (DPFU) (125), uma redução catalítica seletiva (SCR) (150) , um primeiro injetor de redutor (145), um sensor de temperatura (156), um sensor de NOx (148) e um coordenador de NOx (112) .
[031] A DPFU (125) está em comunicação de fluido direta com o motor de combustão interna (110). Referida DPFU (125) compreende um catalisador de oxidação de diesel (DOC) (120) e um filtro de particulado de diesel (DPF) (130) . O DOC (120) é nesta concretização da presente invenção disposto à montante de referido DPF (130).
[032] A reação que acontece no DOC (120) pode ser como se segue:
(1) NO + h O2 NO2
033]
A temperatura no DOC (120) é dependente inter alia de material de catalisador; conteúdo e fluxo de massa de HC, CO e O2. A reação catalítica pode se iniciar em DOC (120) em cerca de 200 0C e pode possuir sua temperatura de reação catalítica máxima de cerca de 300 0C - 400 0C. Depois de alcançar a temperatura de reação máxima, a reação pode declinar, declinação que é dependente da reação de equilíbrio, onde a reação reversa que se segue:
(2)
NO2 h O2 + NO
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9/20 é mais dependente de temperatura do que equação (1) .
[034] O DOC (120) é usualmente construído na forma de uma estrutura monolítica feita de cordierita ou de metal. Referida estrutura monolítica pode ser revestida com um material catalítico na forma de um óxido de metal de base e um metal precioso, que poderia ser platina e/ou paládio.
[035] A reação que acontece no (DPF) (130) pode ser
como se segue:
(3) 2 NO2 + C 2NO + CO2
[036] A temperatura no DPF (130) pode ser afetada
pela espessura da camada de fuligem no DPF (130) e pode ser
tão baixa quanto cerca de 200 0C, mas se torna efetiva acima de 250 0C. Em temperaturas mais altas do que 700 0C, o envelhecimento do DPF (130) como tal e o catalisador(es) disposto(s) à jusante de referido DPF (130) pode(m) ser severamente afetado(s).
[037] O DPF (130) pode ser construído a partir de formas porosas de cordierita ou carbeto de silício ou pó de metal sinterizado. Referida forma porosa pode ser revestida com um material catalítico na forma de um óxido de metal de base e um metal precioso, que poderia ser platina e/ou paládio.
[038] Se fuligem excessiva é capturada no DPF (130), o que poderia ser provocado por uma temperatura excessivamente baixa e/ou diminuir NO^/fuligem a partir do motor, se pode utilizar um gerador de calor opcional à montante de referida DPFU (125) de maneira a aquecer o DPF (130) para uma temperatura de trabalho apropriada. Referido gerador de calor pode tomar diferentes formas. Na primeira concretização exemplificativa, a temperatura no DPF (130) pode ser elevada sobre demanda por pós-injeção de díesel para um ou mais cilindros do motor de combustão interna (110) e/ou injeção de díesel para o sistema de exaustão à montante de
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10/20 referido DOC (120), simbolizado por (111) na Figura 1. A reação no DOC (120) pode sob tais circunstâncias ser como representada pela equação (4) ao invés da equação (1) representada anteriormente por (1):
(4) 3 O2 + 2 CH2 — 2 CO2 + 2 H2O [039] A temperatura da reação (4) depende inter alia do conteúdo de HC. A mesma pode se iniciar em 200 0C para alcance de temperatura de saída de DOC (120) de cerca de 350 0C e pode se iniciar em 280 0C para alcance de uma temperatura de pico de 600 0C.
[040] O material catalítico e/ou a temperatura no
DOC (120) afetam uma das equações (1) ou (4) que é dominante. Se pode otimizar para a reação de Número (4), se o propósito do DOC (120) é o de aumentar a temperatura dos gases de exaustão e se pode otimizar para a reação de Número (1), se o propósito do DOC (120) é o de produzir NO2.
[041] Um outro exemplo de gerador de calor pode ser um catalisador aquecido eletricamente.
[042] Se o NOx/fuligem está alto é somente requerido aumento da temperatura no DOC (120) para cerca de 400 0C para remoção de SOx que proíbe a reação de Número (1) .
[043] Uma outra reação acontecendo no (DPF) (130) é
como se segue: (5) O2 + C —— CO2
[044] A temperatura da reação de Número (5) é de
cerca de 600 0C, que pode ser um pouco diminuída se o filtro
é revestido com catalisador ou se o combustível é adicionado com catalisador. A temperatura menor pode necessitar de um material de catalisador adicionado para o combustível, que por sua vez é adsorvido pelas partículas de fuligem.
[045] A SCR (150) é, nesta concretização da presente invenção, disposta à jusante de referida DPFU (125) . As reações que podem acontecer na SCR (150) podem ser como se
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11/20 segue:
(6) 4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O
(7) 2 NO + 2 NO2 + 4 NH3 4 N2 + 6 H2O
(8) 6 NO2 + 8 NH3 7 N2 + 12 H2O
(9) 4 NO2 + 4 NH3 2 N2 + 2 N2O + 6 H2O
[046] Em conseqüência da reação de Número (7) ser a reação a mais rápida das reações de Números (6) - (9) e para evitar a reação de Número (9) , se necessita manter a proporção de NO/NO2 em cerca de 50:50.
[047] A reação de Número (7) pode ser efetiva em uma faixa de temperatura na SCR (150) a partir de cerca de 200 0C e mais alta, a reação se inicia, entretanto, em temperaturas muito mais baixas, mas quanto mais baixa for a temperatura mais lenta é a reação. A temperatura de partida para a reação de Número (6) na SCR (150) pode ser de cerca de 250 0C. Pontos de partida e faixas de temperatura são um pouco afetadas pela escolha de material catalítico na SCR (150).
[048] A SCR (150) pode ser construída na forma de uma estrutura monolítica feita de cordierita ou metal. Referida estrutura pode tanto ser revestida com óxido de vanádio no topo de um óxido de titânio compreendendo alguma quantidade de óxido de volfrânio (tungstênio) ou quanto um revestimento compreendendo zeólito. O zeólito pode compreender algum conteúdo de ferro ou cobre ou algum outro antiíon apropriado. Existem também catalisadores de óxido de vanádio que são extrudados para estruturas monolíticas, isto é, o catalisador e a estrutura são feitos do mesmo material.
[049] Na concretização da presente invenção como ilustrada na Figura 1, um injetor (145) é disposto entre a DPFU (125) e a SCR (150). Referido injetor injeta um material de redutor à montante de referida SCR (150). O material de
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12/20 redutor pode ser uréia, amônia, amônia absorvida em água, carbonato de amônio, ou sais de cloreto de metal que podem adsorver amônia.
[050] O coordenador de NOx (112) recebe informação a partir do sensor de NOx (148) e do sensor de temperatura (156). Pela utilização de sensores de NOx e sensores de temperatura pode ser possível otimizar a eficiência do sistema de SCR. A eficiência do sistema de SCR (150) pode ser dependente da temperatura e/ou do estado (status) de envelhecimento, e diferentes modos de motor podem ser otimizados para se obtenção da melhor eficiência global. A eficiência de SCR momentânea pode ser mensurada com o sensor de temperatura (156) e com o sensor de NOx (148).
[051] Pode, por exemplo, ser possível permutar para um modo adequado para uma regeneração passiva mais alta do
DPF (130) quando o catalisador de SCR (150) e a exaustão estão em estados físico/químicos possibilitando boa conversão de NOx. Parâmetros que afetam esta conversão são, por exemplo, temperatura, fluxo de massa de exaustão, composição de NOx, amônia adsorvida, venenos adsorvidos (como hidrocarbonetos e metais) e o estado de degradação térmica. Quando a eficiência da SCR (150) está em uma faixa possibilitando alta conversão de NOx, pode, por exemplo, ser possível permutar para um modo de NOx alto, proporcionando uma melhor regeneração de DPF (130) passiva. Normalmente, o modo de NOx alto pode também proporcionar consumo de combustível mais baixo, mas consumo de agente de redução mais alto. Em situações quando a SCR (150) está em um estado quando não existe uma conversão de NOx alta, por exemplo, a
temperatura do SCR (150) está temporariamente em um nível
mais baixo, as emissões de NOx a partir do motor podem ser
diminuídas de maneira a obter as emissões de NOx de
escapamento desejadas.
[052] Emissões de NOx de saída de motor são
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13/20 mensuradas por sensor de NOx (148) proporcionado à jusante de referida SCR (150). A mensuração de sensor de NOx (148) (e taxa de conversão de NOx) é utilizada para controlar a saída de NOx de motor. A saída de NOx de motor é um valor contínuo controlado pelo coordenador de NOx (112). O coordenador de NOx (112) utiliza uma função entre dois modos estacionários de maneira a conseguir a saída de NOx de motor desejada. A taxa de conversão na SCR (150) não irá mudar rapidamente, mas o nível de NOx depois da SCR (150) irá seguir o nível de NOx na SCR (150). Isto torna possível possuir um controle de circuito (loop) fechado controlado pelo coordenador de NOx (112) proporcionado com informação a partir do sensor de NOx (148) e do sensor de temperatura (156). O coordenador de NOx é tanto um controlador e quanto também possui o(s) valor(es) desejado(s) [(valor(es) de limiar] para o controle. Se o motor está em um modo de NOx baixo (fuligem alta) o tempo todo, isto pode ser uma indicação de um catalisador danificado.
[053] O coordenador de NOx (112) proporcionado com sinais de temperatura a partir do sensor de temperatura (156) e sinais de NOx a partir do sensor de NOx (148) pode, dependendo dos valores de referidos sinais, ajustar o motor em pelo menos dois diferentes modos, um modo de NOx alto e um modo de NOx baixo. O coordenador de NOx regula o gerenciamento do motor, isto é, referido coordenador de NOx pode inter alia mudar um ou mais dos seguintes parâmetros: o grau de recirculação de gás de exaustão (EGR); mudança da pressão de impulsão de um turbo charger; mudança de um tempo de regulagem de injeção(ões) de combustível principal e/ou auxiliar para a câmara de combustão; mudança da pressão de injeção de combustível; mudança da temperatura na câmara de combustão, e/ou mudança do número de injeções de combustível por ciclo de trabalho do motor. Por exemplo, EGR aumentada resulta em NOx diminuído, pressão de impulsão aumentada
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14/20 resulta em NOx diminuído; tempo de regulagem de injeção de combustível atrasado resulta em NOx diminuído.
[054] A SCR (150) possui uma faixa de trabalho ótima ou a melhor com alta capacidade de conversão de NO2 para NO dentro de um intervalo de temperatura a partir de uma primeira temperatura (T1) para uma segunda temperatura (T2). Os valores da primeira temperatura (T1) e da segunda temperatura (T2) são dependentes inter alia do tipo de SCR (150) e da idade da SCR (150). Referido intervalo de temperatura, e especialmente a primeira temperatura (T1), é dependente da proporção de NO/NO2, que por sua vez depende do estado dos prévios componentes no EATS. (T1) e (T2) são também afetadas pela velocidade espacial dos gases de exaustão. Com uma SCR (150) envelhecida, o intervalo de temperatura irá ser mais estreito (exíguo) comparado com uma SCR (150) nova (fresca, recente.) A SCR (150) pode ser temporariamente envenenada por inter alia HC e/ou amônia, isto é, se a SCR (150) é utilizada em um período de tempo prolongado em uma baixa temperatura (T1), então a capacidade de conversão irá cair para um valor baixo. Referido envenenamento pode ser tratado (curado) por elevação da temperatura da SCR (150). Elevação de temperatura pode ser provocada por diferentes recursos, tais como geradores de calor separados proporcionados à jusante da SCR (150), injeção de fluido para a câmara de combustão e/ou para o sistema de exaustão à montante da SCR (150), aumentando a pressão de retorno à montante da SCR (150) por intermédio de uma restrição ajustável.
[055] Para o coordenador de NOx (112) mudar a partir do modo de NOx alto para o modo de NOx baixo, o mesmo requer que um sinal filtrado a partir do sensor de NOx esteja acima de um valor de limiar pré-determinado. O valor de limiar pode ser uma fração (próxima de uma) do valor da legislação. Normalmente, o valor da legislação é determinado como um
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15/20 valor específico e, portanto, o sinal deve ser transformado para aquele.
[056] Para o coordenador de NOx (112) mudar a partir de modo de NOx baixo para modo de NOx alto, o mesmo requer que um sinal filtrado a partir do sensor de NOx (148) esteja abaixo de um determinado valor e que a temperatura da SCR (150), determinada pelo sinal de temperatura a partir do sensor de temperatura (156), esteja dentro de (T1) e (T2) e/ou que o nível de fuligem no DPF esteja acima de um valor pré-determinado. Este valor de fuligem pode ser correlacionado a partir de uma queda de pressão sobre o DPF ou por um modelo físico.
[057] Pode-se dizer que modo de NOx alto é utilizado tanto quanto o sensor de NOx (148) venha a detectar valores baixos, isto é, sob o valor de limiar. Se permutação a partir de modo de NOx baixo para modo de NOx alto é feita, e o sensor de NOx (148) detecta níveis de NOx acima de referido valor de limiar, referido coordenador de NOx (112) imediatamente permuta de volta para modo de NOx baixo. Isto irá significar que alguma emissão de NOx temporariamente irá acontecer e usualmente isto pode ser um resultado de valores de limiar excessivamente generosos. Isto pode ser provocado por parâmetros não bem mensurados, por exemplo, venenos ou envelhecimento do catalisador. Por tratamento estatístico destas ocorrências, os limiares podem ser adptativamente correlacionados. Se ajustamento dos valores de limiar é feito para valores mais restritivos (severos), isto pode nunca acontecer.
[058] A Figura 2 ilustra uma outra concretização exemplificativa da presente invenção. A única diferença entre esta concretização da presente invenção e aquela apresentada na Figura 1 é a de que é proporcionado um segundo sensor de temperatura (157) à jusante de referida SCR (150) e um segundo sensor de NOx (147) proporcionado à montante de
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16/20 referida SCR (150) . Nesta concretização da presente invenção, a mesma irá possuir um primeiro sensor de temperatura à montante de referida SCR (150), um segundo sensor de temperatura à jusante de referida SCR (150), um primeiro sensor de NOx á montante de referida SCR (150) e um segundo sensor de NOx á jusante de referida SCR (150) . A vantagem com esta disposição é a de que se irá possuir melhor controle da temperatura dentro e fora da SCR (150) e também melhor controle do NOx dentro e fora da SCR (150) . Isto pode determinar um efeito de que o tempo de resposta para permutação a partir de um modo para um outro modo pode ser encurtado.
[059] A Figura 3 ilustra uma outra concretização exemplificativa do sistema de pós-tratamento de gás de exaustão (EATS) (100) em concordância com a presente invenção. Referida concretização unicamente difere da concretização precedente em que a DPFU (125) compreende um
DPF revestido com um material de DOC (122) ao invés de como na Figura 1 onde referido DOC (120) e o DPF (130) eram unidades separadas. As outras características utilizam os mesmos numerais de referência como na Figura 1 e não necessitam, conseqüentemente, de nenhuma classificação adicional na medida em que a funcionalidade e a estrutura podem ser as mesmas. Uma outra diferença para a concretização como ilustrada na Figura 1 é a de que o injetor (111) também foi omitido. Claramente, referido injetor (111) poderia também ser omitido a partir da concretização como representada na Figura 1, isto é, o injetor (111) na Figura é opcional.
[060] A reação acontecendo na DPFU (125) na Figura é similar para a reação acontecendo no DPF (130) e no DOC (120) como ilustrado na Figura 1, isto é, as reações de
Números (1) e (3).
[061] Na Figura 4 é ilustrada uma outra
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17/20 concretização exemplificativa do sistema de pós-tratamento de gás de exaustão (EATS) (100) em concordância com a presente invenção. Esta concretização difere daquela uma representada na Figura 1 em que um gerador de calor separado (121) é disposto entre o motor de combustão interna (110) e a DPFU (125). Portanto, similar para a concretização na Figura 2 e na Figura 3, o injetor (111) foi omitido. Referido gerador de calor separado (121) pode ser compreendido de um queimador de diesel, ou de um limitador ajustável no sistema de exaustão à montante de referida DPFU (125).
[062] A Figura 5 ilustra ainda uma outra concretização exemplificativa do sistema de pós-tratamento de gás de exaustão (EATS) (100) em concordância com a presente invenção. Esta concretização da presente invenção difere da concretização ilustrada na Figura 1 em que um catalisador de redução de NO2 (140) e a SCR (150) são dispostos como uma unidade combinada (155) e em que um injetor (135) é proporcionado à montante de referida unidade combinada (155). Em uma concretização da presente invenção, referido catalisador de redução de NO2 (140) é disposto como um revestimento de zona sobre um substrato de SCR, isto é, pelo menos uma primeira parte do substrato de SCR pode ser revestida com material de catalisador de redução de NO2 e pelo menos uma segunda parte de referido substrato de SCR pode ser revestida com material de catalisador de SCR. A ordem de revestimentos de zona de NO2 e material de catalisador de SCR pode ser mudada. Em uma concretização da presente invenção, existe uma primeira zona de revestimento de catalisador de NO2 à montante de uma segunda zona de revestimento de SCR. Em uma outra concretização da presente invenção, existe uma pluralidade de revestimentos de NO2 espaçados uns a partir dos outros dentre os quais são proporcionados revestimentos de SCR.
[063] Em uma concretização alternativa da presente
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18/20 invenção, referido catalisador de redução de NO2 (140) e referida SCR (150) são dispostos como unidades separadas.
[064] Em ainda uma outra concretização exemplificativa da presente invenção, referido material de catalisador de redução de NO2 pode ser disposto como um revestimento de zona sobre um substrato de DPF, isto é, pelo menos uma primeira parte do substrato de DPF pode ser revestida com material de catalisador de redução de DOC e pelo menos uma segunda parte de referido substrato de DPF pode ser revestida com material de catalisador de NO2. A ordem de revestimentos de zona de NO2 e material de catalisador de DOC pode ser mudada. Em uma concretização da presente invenção, existe uma primeira zona de revestimento de catalisador de DOC à montante de uma segunda zona de revestimento de NO2. Em uma outra concretização da presente
invenção, existe uma pluralidade de revestimentos de DOC
espaçados uns a partir dos outros dentre os quais são
proporcionados revestimentos de NO2.
[065] Em referido catalisador de redução de NO2
(140) as seguintes reações podem acontecer:
(10) 2 NO2 + CH2 2 NO + CO + H2O
(11) 3 NO2 + CH2 3 NO + CO2 + H2O
[066] A partir das reações de Números (10) e (11)
está claro que o catalisador de redução de NO2 (140) reduz
NO2 em NO. Sem o catalisador de redução de NO2 (140) existe
um intercâmbio entre regeneração passiva otimizada e oxidação de HC no DOC (120)/DPF (130) e alta conversão de NOx no sistema SCR (150) . Por adição do catalisador de redução de NO2 (140) à jusante do DPF (130) e/ou DPFU (125) tal problema de intercâmbio pode ser solucionado. O catalisador de redução de NO2 (140) atua como um equilibrador para equilibrar a proporção de NO2/NO para a SCR (150) . O catalisador de redução de NO2 (140) irá possibilitar alto carregamento de metal
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19/20 nobre sobre o DOC (120) e/ou DPF (130) (bom NO- e oxidação de HC) ao mesmo tempo em que uma proporção otimizada de NO2/NO pode ser conseguida para a SCR (150) . Um agente de redução tal como combustível (combustível fundamentado em HC tal como díesel) ou uréia pode ser adicionado, por um injetor simbolizado por (135) à montante de referido catalisador de redução de NO2 (140) para obtenção da redução NO2 NO.Em uma outra concretização da presente invenção, referidos injetores (135) e (145) podem ser uma unidade única, istoé, um injetor para injeção de agente de redução tanto paraa
SCR (150) e quanto para o catalisador de redução de NO2 (140).
[067] Com o catalisador de redução de NO2 (140) pode ser possível possuir regeneração passiva otimizada e oxidação de HC para um sistema SCR (150) envelhecido enquanto ainda mantendo alta conversão de NOx para os sistemas frescos. Irá também ser possível utilizar um catalisador de SCR menor, proporcionando benefícios tanto de custo, quanto de espaço e quanto de peso.
[068] A temperatura no catalisador de redução de NO2 (140) pode ser a partir de cerca de 250 0C até cerca de 600 0C, mais detalhes podem ser encontrados no pedido de patente internacional número WO 2006/040533. O catalisador de redução de NO2 (140) pode ser fundamentado em um material de zeólito, mais detalhes podem ser encontrados no pedido de patente internacional número WO 2006/040533.
[069] Em ainda uma outra concretização exemplificativa da presente invenção, existe uma combinação de um revestimento de zona de catalisador de NO2 sobre o substrato de DPF e um revestimento de zona de catalisador de NO2 sobre o substrato de SCR. Tal revestimento de NO2 pode ser proporcionado como uma zona única ou uma pluralidade de zonas sobre uma ou ambas de referidas unidades de DPF e/ou SCR.
[070] Saída de NOx de motor pode ser continuamente
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20/20 controlada entre os níveis do modo de NOx alto e do modo de NOx baixo utilizando um ou outro ou ambos dos sensores de NOx (148) e/ou sensores de temperatura (156).
[071] Embora diferentes concretizações da presente invenção tenham sido ilustradas em diferentes Figuras, deve ser compreendido que combinações das concretizações representadas nas Figuras são também possíveis. Por exemplo, pode-se combinar a concretização na Figura 1 com a concretização na Figura 2, uma outra combinação pode ser com a Figura 1 e a Figura 3. Para a pessoa especializada no estado da técnica é obvio que qualquer uma das concretizações pode ser combinada com qualquer uma outra concretização ou com uma pluralidade das outras concretizações.
[072] Deverá ser observado que a presente invenção não deve ser considerada como sendo limitada para as concretizações descritas acima e ilustradas nos desenhos; mas certamente, um técnico no assunto reconhecerá que um número de mudanças e de modificações poderão ser feitas dentro do escopo das reivindicações anexadas.

Claims (34)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão (100) que compreende:
    - uma unidade de filtro de particulado de diesel (DPFU) (125) proporcionada à jusante de um motor a diesel (110);
    - uma disposição de redução catalítica seletiva (SCR) (150) proporcionada em comunicação de fluido com referida DPFU (125);
    um primeiro injetor (145) para alimentação de
    agente de redução para o gás de exaustão proporcionado à jusante de referida DPFU (125) e à montante de referida SCR (150) ; um sensor de NOx (148) proporcionado à jusante de referida SCR (150) para provisão de um sinal de NOx para um coordenador de NOx (112)
    caracterizado pelo fato de que o sistema de póstratamento de gás de exaustão (100) compreende adicionalmente
    - um sensor de temperatura (156, 157) proporcionado à jusante da (DPFU) (125) e à jusante e/ou à montante de referida SCR (150) para provisão de um sinal de
    temperatura em relação a um valor de temperatura para referido coordenador de NOx (112); em que - referido coordenador de NOx (112) é
    proporcionado para permutação de referido motor a diesel (110) para um modo de NOx alto ou para um modo de NOx baixo dependendo dos valores do sinal de NOx e/ou do sinal de temperatura, e o coordenador de NOx (112) é disposto para permutar o motor a diesel no modo de NOx alto ou modo de NOx baixo quando os valores de um do sinal de NOx e do sinal de temperatura excedem o limite de NOx ou valores de temperatura.
  2. 2. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido motor a diesel (110) é permutado para referido
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    2/7 modo de NOx baixo ou alto por mudança de um ou mais dos seguintes parâmetros: quantidade de recirculação de gás de exaustão (EGR), pressão de impulsão, regulagem de tempo de injeção de combustível, pressão de injeção de combustível, número de injeções de combustível.
  3. 3. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx alto para modo de NOx baixo é desempenhada quando o sinal de NOx está acima de um valor de limiar pré-determinado.
  4. 4. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que referido valor de limiar pré-determinado do sinal de NOx é relacionado para o valor de legislação de emissão.
  5. 5. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx baixo para modo de NOx alto é desempenhada quando o sinal de NOx está abaixo de um valor de limiar pré-determinado e referido sinal de temperatura está entre uma primeira temperatura T1 e uma segunda temperatura T2.
  6. 6. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido valor de limiar pré-determinado é dependente de um ou mais dos seguintes parâmetros: o fluxo de gás de exaustão e/ou proporção NO2/NO e é adaptativo.
  7. 7. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referida primeira temperatura T1 é dependente de um ou mais dos seguintes parâmetros: o fluxo de gás de exaustão e/ou proporção NO2/NO e é adaptativo.
  8. 8. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx baixo para
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    3/7 modo de NOx alto é dependente de um conteúdo de uréia e/ou uma quantidade predita de fuligem na DPFU (125).
  9. 9. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida DPFU (125) é um filtro de particulado de diesel (DPF) (130) revestido com um catalisador de oxidação.
  10. 10. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referida DPFU (125) compreende um catalisador de oxidação de diesel (DOC) (120) que tem capacidade de conversão de NO para NO2 à montante de um filtro de particulado de díesel (DPF) (130) .
  11. 11. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um gerador de calor é proporcionado entre referido motor a díesel e referida DPFU.
  12. 12. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido gerador de calor consiste de um DOC que tem capacidade para converter combustível para dióxido de carbono e água.
  13. 13. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido gerador de calor consiste de um queimador.
  14. 14. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um catalisador de redução de NO2 em comunicação de fluido com referida DPFU (125) e referida SCR (150) .
  15. 15. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referido catalisador de redução de NO2 é proporcionado à jusante de referida DPFU (125) e à montante de referida SCR (150).
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    4/7
  16. 16. Sistema de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referido catalisador de redução de NO2 é disposto como um revestimento de zona sobre referida SCR e/ou como um revestimento de zona sobre referida DPFU.
  17. 17. Método de pós-tratamento de gás de exaustão que compreende as etapas de:
    - oxidar NO em NO2 e capturar partículas de combustão em uma unidade de filtro de particulado de diesel (DPFU) (125) proporcionada em comunicação de fluido com um motor a diesel (11);
    - reduzir NO2 em NO em uma disposição de redução catalítica seletiva (SCR) (150) disposta em comunicação de fluido com referida DPFU (125);
    - injetar um agente de redução por um primeiro injetor (145) para o gás de exaustão disposto à jusante de referida DPFU (125) e à montante de referida SCR (150);
    - prover um sinal de NOx para um coordenador de NOx (112) a partir de um sensor de NOx (148) proporcionado à jusante de referida SCR (150);
    caracterizado de compreender adicionalmente as etapas de
    - prover um sinal de temperatura para referido coordenador de NOx a partir de um sensor de temperatura (156, 157) proporcionado à montante e/ou à jusante de referida SCR (150);
    - permutar através do coordenador de NOx (112) referido motor a diesel (110) para um modo de NOx alto ou para um modo de NOx baixo dependendo dos valores do sinal de NOx e/ou do sinal de temperatura.
  18. 18. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que referido motor a diesel (110) é permutado para referido modo de NOx baixo ou alto por mudança de um ou mais dos
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    5/7 seguintes parâmetros: quantidade de recirculação de gás de exaustão (EGR), pressão de impulsão, regulagem de tempo de injeção de combustível, pressão de injeção de combustível, número de injeções de combustível.
  19. 19. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx alto para modo de NOx baixo é desempenhada quando o sinal de NOx está acima de um valor de limiar pré-determinado.
  20. 20. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que referido valor de limiar pré-determinado do sinal de NOx é relacionado para o valor de legislação de emissão.
  21. 21. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx baixo para modo de NOx alto é desempenhada quando o sinal de NOx está abaixo de um valor de limiar pré-determinado e referido sinal de temperatura está entre uma primeira temperatura (T1) e uma segunda temperatura T2.
  22. 22. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que referido valor de limiar pré-determinado é dependente de um ou mais dos seguintes parâmetros: o fluxo de gás de exaustão e/ou proporção NO2/NO e é adaptativo.
  23. 23. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que referida primeira temperatura T1 é dependente de um ou mais dos seguintes parâmetros: o fluxo de gás de exaustão e/ou proporção NO2/NO e é adaptativo.
  24. 24. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que referida permutação a partir de modo de NOx baixo para modo de NOx alto é dependente de um conteúdo de uréia e/ou
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    6/7 uma quantidade predita de fuligem na DPFU (125).
  25. 25. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de revestir um filtro de particulado de diesel (DPF) (130) com um material de catalisador de oxidação.
  26. 26. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover um catalisador de oxidação de diesel (DOC) (120) que tem capacidade de conversão de referido NO para NO2 à jusante com um filtro de particulado de diesel (DPF) (130) que tem capacidade de capturar referidas partículas de combustão.
  27. 27. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que referido DOC (120) é proporcionado à montante de referido DPF (130).
  28. 28. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover um gerador de calor entre referido motor a diesel e referido DPFU (125).
  29. 29. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que referido gerador de calor consiste de um catalisador de oxidação de diesel (DOC) que tem capacidade para converter combustível para dióxido de carbono e água.
  30. 30. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que referido gerador de calor consiste de um queimador.
  31. 31. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de prover um sensor de NO2 à jusante de um catalisador de redução de NO2.
  32. 32. Método de pós-tratamento de gás de exaustão,
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    7/7 de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
    - aplicar referido catalisador de redução de NO2 como um revestimento de zona sobre o DPF; e
    - dispor de referido primeiro injetor à montante de referido revestimento de zona.
  33. 33. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
    - dispor de referido catalisador de redução de NO2 como um revestimento de zona sobre referida disposição de SCR; e
    - dispor de referido primeiro injetor e um segundo injetor sendo como uma unidade única à jusante de referida DPFU e à montante de referido catalisador de redução de NO2 e disposição de SCR.
  34. 34. Método de pós-tratamento de gás de exaustão, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
    - dispor de referido catalisador de redução de NO2 como um revestimento de zona sobre referida disposição de SCR e como um revestimento de zona sobre referido DPF; e
    - dispor de referido primeiro injetor à montante de referido revestimento de zona de catalisador de redução de NO2 sobre referido DPF.
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