BRPI0902158A2 - separador de partìculas e método para a separação de partìculas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

SEPARADOR DE PARTìCULAS E MéTODO PARA A SEPARAçãO DE PARTìCULAS DE UM FLUXO DE GAS DE ESCAPE DE UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. A presente invenção refere-se a um separador de partículas assim como a um método para a separação de partículas a partir de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, sendo que pelo separador de partículas (1) pode circular um fluxo de gás de escape (2,7), pelo menos em seções. De acordo com a invenção, são formadas no separador de partículas (1) diferentes seções de circulação (5,6) com relação às condições de circulação, de forma que nas diferentes seções de circulação (5,6) possam ser separadas do fluxo de gás de escape (2,7) basicamente partículas (3,4) de diferente, definida ordem de grandeza e/ou de diferente, definida massa.

Description

"SEPARADOR DE PARTÍCULAS E MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DEPARTÍCULAS DE UM FLUXO DE GÁS DE ESCAPE DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA".

A invenção refere-se a um separador de partículas para aseparação de partículas de um fluxo de gás de escape deum motor de combustão interna, de acordo com o conceitogeral da reivindicação 1, assim como a um método para aseparação de partículas de um fluxo de gás de escape deum motor de combustão interna, de acordo com o conceitogeral da reivindicação 35.

No caso da combustão em motor diesel, como também no casoda injeção direta em motores Otto, ocorre uma emissão departículas, que, entre outras coisas, que surgem atravésda combustão incompleta do combustível e são compostas depreferência de carbono de superfície elevada. Paraqueimar esse carbono de superfície elevada, a publicaçãoGB 895,990 A propõe queimar esse carbono com NO2 comoagente de oxidação ao invés de oxigênio.

Além disso, é conhecido a partir da publicação US 4,902,487 separar partículas de carbono em um filtro e emseguida oxidar através de N02. Para produzir o N02, o NOpresente no fluxo de gás de escape do motor de - combustãointerna, pode ser oxidado em um catalisador contendoplatina, formando então o N02. A porcentagem do N02 narazão para o NOx total, neste caso, é nitidamenteaumentada, sendo que essa reação inicia a partir de maisou menos 180° C. A combustão das partículas por N02, emcontrapartida, inicia sob temperaturas a partir de 250°C. Uma oxidação de partículas na fase gasosa praticamentenão se realiza. Neste caso, é necessário uma adição emmatéria sólida para obter um tempo de permanênciasuficiente o que normalmente é realizado medianteutilização de um filtro de partículas.

Uma desvantagem essencial de um controle de processo desse tipo, porém, reside na alta contra-pressão de gásde escape, que é provocada pelo filtro. Essa desvantagemse torna patente pelo elevado consumo de combustível.Além disso, durante a operação se depositam no filtrotambém componente não combustíveis, como por exemplocinzas de óleo lubrificante - Desse modo, a contra-pressãode gás de escape vai aumentando cada vez mais, de formaque o filtro precisa ser regularmente e freqüentementetrocado para evitar um consumo de combustível ainda maiorassim como, se necessário, para evitar uma danificação domotor de combustão interna. Além disso, em caso de umaoxidação insuficiente, pode ocorrer um acúmulo cada vez maior de fuligem, acabando por produzir o entupimento dofiltro.

Para evitar essas desvantagens, já é conhecido a partirda publicação EP 1 072 765 BI utilizar um separador departículas sem filtro, no qual o fluxo de gás de escape éconduzido ao longo de uma superfície estruturada, assimcomo desviado de forma que as partículas possam seseparar por termoforese, convecção ou difusão do fluxode gás de escape. No caso da separação de partículastermoforética, as superfícies do separador de partículas são resf riadas de forma que as superfícies se j amnitidamente mais frias do que o fluxo de gás. Desse modo,as partículas se separam na superfície e são oxidadas alicataiiticamente com o NO2 gerado em um catalisador deoxidação. No caso de um separador de partículasdimensionado de acordo com o principio de convecção, esteapresenta estruturas de superfície de tal forma que aspartículas são forçadas constantemente a contatos desuperfície e se separam então nessas estruturas desuperfície e ali, finalmente, podem ser oxidadas finalmente também cataliticamente com aj uda do NO2.Separadores de partículas dimensionados de acordo com oprincipio de difusão, são dimensionados com as chamadaszonas mortas de circulação, por exemplo, a sotavento dechapas de guia. Nessas zonas mortas de circulação, avelocidade de circulação tende a zero, de forma que ofluxo de gás de escape, neste caso, apresenta um tempo depermanência relativamente longo, de forma que partículasvindas do fluxo de gás de escape possam se difundir naszonas mortas de circulação para compensar as diferençasde concentração dominantes alo no local. Porém, nestecaso, é desvantajoso que a separação das partículas piorepela difusão com diâmetro de partícula crescente, deforma que partículas maiores praticamente não possam serseparadas ou são muito dificilmente separadas. Como amassa de partículas, supondo-se partículas de formatoesférico, aumenta de acordo com Mparticuias = 1/6 x d3 x n xp, com a terceira potência do diâmetro de partícula d,obtém-se com esses separadores apenas uma diminuiçãorelativamente pequena da massa de partículas, ou seja,basicamente são separadas apenas partículas mais finas, oque significa, que como sempre permanece uma grande massade partículas residuais no fluxo de gás de escape, quecorresponde à massa maior de partículas.

Correspondentemente, é tarefa da presente invenção,disponibilizar um separador de partículas assim como ummétodo para a separação de partículas a partir de umfluxo de gás de escape de um motor de combustão interna,por meio do qual partículas de todas as ordens degrandeza, ou seja, especialmente partículas mais finas epartículas grossas maiores e/ou mais pesadas, possam serfacilmente separadas com segurança do fluxo de gás deescape.

Essa tarefa é solucionada, com relação ao separador departículas, através das características da reivindicação1. Com relação ao método essa tarefa é solucionadaatravés das características da reivindicação 35, Arranjosvantajosos, neste caso, são obj eto das reivindicaçõesdependentes que a ela se reportam.

De acordo com a invenção, no separador de partículas, comrelação às condições de circulação são formadasdiferentes áreas de circulação, na verdade, de tal formaque nas diferentes áreas de circulação possam serseparadas basicamente partículas de diferentes tamanhosdefinidos e/ou massa, do fluxo de gás de escape. Nestecaso, são formadas especialmente preferivelmente noseparador de partículas, diferentes áreas de circulação,especialmente separadas espacialmente entre si, a fim deobter uma separação, basicamente separada, de partículasfinas, por um lado, de tamanho pré-determinado, atravésespecialmente de difusão, e por outro lado, de partículasgrossas maiores e/ou mais pesadas, em contrapartidadefinidas ou pré-determinadas, com base em sua inércia demassa. As diferentes áreas de circulação podem sediferenciar, de modo especialmente preferível, comrelação à velocidade de circulação e/ou ao tempo depermanência do fluxo de gás de escape nas áreas decirculação.

A idéia básica, de acordo com a invenção, reside,portanto, no fato de acoplar uma separação de partículasatravés de difusão com uma separação de partículas combase na inércia da massa de determinadas partículas. Paratanto, o fluxo de gás de escape é preferivelmenteconstantemente desviado, de forma que, por exemplo, sejamgeradas zonas de circulação e/ou turbulências, quegarantam a separação das partículas finas por meio dedifusão. Além disso, em outras áreas preferivelmenteespacialmente separadas, a velocidade de circulação dofluxo de gás de escape é aumentada, e esse fluxo de gásde escape é em seguida, preferivelmente, desviado deforma abrupta, de forma que as partículas mais pesadas,devido à sua inércia de massa mais elevada, não possammais seguir o fluxo de gás de escape na área do desvio econtinuem basicamente voando em frente. À jusante dessedesvio, são colocados preferivelmente dispositivos paracapturar as partículas, especialmente capacidade dearmazenagem do tipo furo cego, formador de um volume decompartimento morto ou equipamentos coletores departículas e/ou equipamentos armazenadores departículas, os quais a seguir serão mais detalhadamenteabordados.

Para que o separador de partículas possa formar essasdiferentes áreas de circulação, este apresenta meios,por meio dos quais, o fluxo de circulação poder seracelerado no separador de partículas e/ou retardado e/oudesviado. Para tanto, existem diferentes possibilidades.Particularmente fácil e vantaj osa é a possibilidade deformar as diferentes áreas de circulação através, porexemplo, de seções transversais de circulação livres dediferentes tamanhos. As diferentes áreas de circulaçãopodem, neste caso, ser dispostas, visto na direção decirculação do fluxo de gás de escape, uma atrás da outrae/ou uma ao lado da outra e/ou uma sobreposta à outra,dependendo da estrutura concreta dos separadores departículas. Neste caso, é especialmente fundamental,particularmente em combinação com aquelas áreas decirculação, que apresentam uma elevada velocidade decirculação do fluxo de gás de escape, que além dissosejam previstos meios, por meio dos quais o fluxo de gásde escape possa ser repetidamente desviado no separadorde partículas e/ou dividido em fluxos parciais de gás deescape, para assim assegurar de modo simples com altagarantia de funcionamento, que as partículas grossaspossam ser separadas do fluxo de gás de escape, no modoanteriormente mencionado, através de sua inércia demassa. 0 separador de partícula apresenta especialmentepreferivelmente uma pluralidade de canais de circulação,sendo que pelo menos uma parte dos canais de circulaçãoapresenta orifícios de passagem, através dos quais pelomenos uma parte dos canais de passagem está ligada àcirculação. Com uma construção formadora especialmente deuma estrutura alveolar, é possível representar desvios demodo especialmente fácil.

As diferentes áreas de circulação, neste caso, podem serdispostas de tal forma que pelo menos um fluxo parcial degás de escape do fluxo de gás de escape que passa pelaprimeira área de circulação com velocidade de circulaçãodefinida e/ou tempo de permanência definido, entre em umasegunda área de circulação diferente em relação avelocidade de circulação e/ou tempo de permanência dofluxo de gás de escape no tocante à primeira área decirculação. A conceitualidade "primeira" e "segunda" emcombinação com as áreas de circulação, não significaneste caso, expressamente qualquer restrição quanto adois tipos meramente diferentes de áreas de circulação,ainda que essa seja a forma de concretização preferida.Neste caso, ela é utilizada meramente por motivos de umadimensão panorâmica visando uma melhor diferenciação dediferentes áreas de circulação. Naturalmente é possívelprever também mais do que duas diferentes áreas decirculação ou diferentes grupos de áreas de circulaçãoiguais. Com um sobrefluxo desse tipo em diferentes áreasde circulação, pode-se assegurar, por exemplo, emcombinação com uma área de circulação de altavelocidade, na qual o fluxo de gás de escape circula comuma elevada velocidade pré-determinada, através dodesvio ou do sobrefluxo em uma área de circulaçãoformadora ou que apresenta, por outro lado, umavelocidade de circulação mais baixa, que partículasgrossas sejam separadas do fluxo de gás de escape, devidoà sua inércia de massa, primeiramente com base na elevadavelocidade e depois com base no desvio abrupto na área decirculação adj acentes, enquanto em seguida na área decirculação em contrapartida "mais lenta", pode ser feitauma separação de partículas finas através de difusão. Umaestrutura desse tipo é especialmente preferida, conformeanteriormente j á sugerido, quando vários,preferivelmente, dois grupos de diferentes áreas decirculação são formados, sendo que as áreas de circulaçãode cada grupo são formadas basicamente de forma idêntica.Uma estrutura desse tipo é em termos técnicos defabricação simples de ser executada.

Resultados de separação especialmente bons podem serobtidos com um arranjo concreto, no qual as diferentesáreas de circulação adj acentes, ficam dispostasdesalinhadas entre si, visto na direção de circulação,pelo menos por segmentos, de forma que um orifício defluxo de saida de uma primeira área de circulação formeum orificio de fluxo de entrada de uma segunda área decirculação diferente em relação à primeira área decirculação. Através de um arranj o desse tipo, torna-sepossivel ao mesmo tempo uma estrutura mais compacta eotimizada de um separador de partículas, através do qualo fluxo de gás de escape pode ser acelerado, retardado edesviado de maneira anteriormente mencionada, assegurandoo funcionamento.

É vantajoso para uma separação efetiva e ideal dasparticulas individuais, que seja atribuído a cada uma dasdiferentes áreas de circulação, um dispositivo coletor departiculas e/ou armazenador de particulas, sendo que esteé formado particularmente por um volume de compartimentomorto do tipo furo cego, especialmente por um segmento decanal de circulação do tipo furo cego com uma parede defundo de choque alinhada basicamente no sentidoperpendicular em relação ao fluxo de gás de escape. 0dispositivo coletor de particulas e/ou armazenador departiculas pode, neste caso, ser disposto, visto nadireção de circulação do fluxo de gás de escape, antes deum orifício de fluxo de entrada e/ou após um orifício defluxo de saida da respectiva área de circulação.A oxidação das particulas separadas, contendo carbono,pode ser feita ou acelerada pelo aumento da temperaturade gás de escape e/ou com ajuda de NO2, formado em umcatalisador para a oxidação de NO.

Nos dispositivos coletor de particulas e/ou armazenadoresde particulas acima descritos, é possivel armazenar umagrande quantidade de particulas, especialmente defuligem. Dependendo das condições, particularmente emconexão com dispositivos coletores de particulas e/ouarmazenadores de particulas do tipo furo cego, podeocorrer que o N02, necessário para a oxidação, podepenetrar apenas através do processo relativamente lentoda difusão, nos dispositivos coletores de particulas e/ouarmazenadores de partículas. Isso pode fazer com que aoxidação de partículas nos furos cegos, por exemplo, naqualidade de dispositivos coletores de partículas e/ouarmazenadores de partículas dispositivos coletores departículas, seja relativamente ruim devido a falta localde N02, condicionada pela condução muito lenta de dióxidode nitrogênio. Por essa razão, é adequado conduzir umapequena parte do fluxo contendo NO2 na forma de um bypassatravés do furo cego, por exemplo, aqui na qualidade dedispositivo coletor de partículas e/ou dispositivoarmazenador de partículas. Neste caso, deve-se porémobservar atentamente para que a velocidade de circulaçãonão seja tão alta, para assim impedir uma evacuação daspartículas capturadas. 0 fluxo de desvio pode serexecutado mediante perfuração da área lateral dodispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas e/ou mediante utilização de um materialporoso. Particularmente em combinação com a perfuração dodispositivo coletor de partícula e/ou armazenador departículas mostrou-se vantaj oso deixar ser arrastadopara fora da área de circulação não mais do que 30% dofluxo de gás de escape de uma área respectiva decirculação através do dispositivo coletor de partículase/ou armazenador de partículas,a fim de impedir umredemoinho das partículas ali separadas.

De acordo com um outro arranjo especialmente preferido dainvenção, é previsto que o separador de partículas, pelomenos em áreas parciais cataliticamente ativas, sej arevestido particularmente por um revestimentocataliticamente ativo.

Uma estrutura especialmente favorável em termos de custosdo separador de partículas, é obtida quando este éprojetado como separador de placa feito de umapluralidade de placas conectadas entre si em camadassobrepostas, que formam um bloco de placas. As diferentesáreas de circulação e/ou as áreas de desvio e/ou as áreasde separação e/ou as áreas coletoras e/ou as áreas dearmazenagem e/ou os orifícios de passageira neste caso,podem ser formados, do ponto de vista bem geral e demaneira simples, por deformações de material e/ou

moldagem de material e/ou estampagens em relevo dematerial e/ou rebaixos de material em áreas pre-determinadas de pelo menos uma parte das placas doseparador de um bloco de placas. Neste caso,é vantajosoque pelo menos uma parte das placas de um bloco deplacas seja projetada basicamente idêntica, o que porémnão é forçosamente necessário. As placas do separadorindividuais são formadas especialmente preferivelmentepor lâminas e/ou esteiras de espessuras de parede pre-determinadas . Lâminas e/ou esteiras desse tipo podem sermuito facilmente moldadas, por exemplo, de modo que pelomenos uma das lâminas seja ondulada, sendo que o conceitode ondulação, neste caso, deve ser entendido num sentidoamplo, e particularmente também compreende moldagensdobradas no formato de sanfona ou similares. Com lâminaspor exemplo onduladas desse tipo como placas do separadoré possivel formar, de maneira simples, a quantidadecorrespondentemente desej ada assim como a geometria decanais de circulação do separador de partículas emcombinação com outras placas de separador projetadas porexemplo como lâminas. Através de estreitamentos oudepressões, amplitudes onduladas iguais ou diferentes(extensão vertical) e/ou freqüências de ondas diferentesou iguais (quantidade de ondas) é possivel alterar dmodo relativamente fácil a seção transversal decirculação livre e, consequentemente, a velocidade decirculação ou obter um desvio ou separar áreasindividuais completamente da circulação, a fim de, porexemplo, criar zonas mortas desejadas. Neste caso, vistona direção de circulação, estreitamentos sucessivos podemestreitar o perfil ondulado, alternadamente, uma vezpelo lado superior e uma vez pelo lado inferior. Alémdisso, os estreitamentos com relação a diferentes planosde placas podem ser dispostos de forma desalinhada entresi, por exemplo, de forma que os estreitamentos comrelação a planos de placas adjacentes fiquem desalinhadosentre si pela metade da distância entre osestreitamentos.

Além disso, placas de separador, desse tipo, formadas,por exemplo, por lâminas e/ou esteiras com estabilidadedimensional, podem ser facilmente perfuradas, tornandopossivel uma passagem para canais de circulaçãoadjacentes.

Mostrou-se particularmente vantajoso, disporalternadamente, por exemplo, lâminas como placas deseparador de diferentes amplitudes e/ou freqüência daondulação ou dobra, de forma que surj am áreas dediferentes seções transversais de circulação, portanto,de diferentes densidades celulares, e consequentemente,de diferentes velocidades de circulação - Se as lâminasformarem, por exemplo, canais paralelos de circulação,então uma camada lisa deve ser prevista como camadaintermediária para impedir um deslize das lâminasonduladas, uma dentro da outra.

Naturalmente, também é possivel alterar a amplitude e/oufreqüência da ondulação ou dobra ao longo de uma placa deseparador, por exemplo, de uma lâmina.

As placas de separador, podem, por exemplo, ser feitas deum material cerâmico e/ou metálico e/ou contendo silicioe/ou contendo carbeto de silicio e/ou contendo quartzoe/ou do tipo fibra. As placas de separador, neste caso,podem apresentar pelo menos em áreas parciais, umaestrutura de superfície com rugosidade ou rugosidade desuperfície definida, ou seja, pré-determinada, porexemplo, através do processamento mecânico a seguir maisdetalhadamente descrito. A passagem nas áreasindividuais, particularmente o orifício de passagem paraas preferivelmente diferentes áreas de circulação,adj acentes, pode, neste caso, ser feita por perfuraçãoe/ou abertura de ranhura das lâminas e/ou esteiras, porexemplo, como placas de separador.A separação das partículas por difusão e força de inérciaé concretizada de modo simples de acordo com o métododescrito, de acordo com a invenção, e com o separador departículas descrito. A oxidação das partículas separadas,contendo carbono, conforme já descrito, pode ser feita ouacelerada pelo aumento da temperatura de gás de escapee/ou com ajuda de NÜ2, formado em um catalisador para aoxidação de NO. Devido às temperaturas de gás de escapealternantes ou periodicamente muito baixas, assim como àsemissões brutas de N0X, no caso de motores de combustãointerna operados de modo não estacionario, muitas vezesnão está disponível N02 suficiente para oxidar a fuligemseparada. Isso significa que o separador precisaarmazenar por um tempo até um momento mais tarde queesteja disponível NO2 suficiente para a oxidação dafuligem separada. Isso pode ser feito, por exemplo, demodo que a aderência das partículas na superfície doseparador de partículas ou das placas de separador sejamelhorada. Neste caso, devem ser empregadas superfíciescom elevadas rugosidades. No caso de lâminas metálicasisso significa que elas devem ser encrespadas por exemploatravés de usinagem mecânica. Isso pode, por exemploocorrer por escovação, esmerilhamento, raspagem, radiação(p.exemplo limpeza por jato de areia), irradiação corona,estampagem ou costura. Também é possível um tratamentoquímico, como cauterização, galvanização ou anodização.Além disso a liga da lâmina por exemplo como placa doseparador pode ser ajustada de forma que sua estrutura desuperfície se modifique sob aplicação de calor e/oumediante variação do valor do pH. Um exemplo neste caso éa junção de quantidades maiores de alumínio. Este sedesloca sob elevadas temperaturas para a superfície eforma ali um cluster de alumínio.

É especialmente vantaj oso dispor em combinação com umaforma de concretização concreta, pelo menos um separadorde partículas com pelo menos um dispositivo catalisadorem um silenciador de uma instalação de gás de escape.A invenção é a seguir esclarecida por meio de um desenho,onde:

A figura 1 mostra uma vista de cima esquemática sobre umaseção parcial de um separador de partículas, de acordocom a invenção, com dois grupos aqui a titulo de exemplode diferentes áreas de circulação;

A figura 2 mostra esquematicamente uma seção transversalatravés de um separador de partículas, de acordo com ainvenção, dos dois comprimentos de onda, a titulo deexemplo, sobrepostos com diferentes amplitudes, ou seja,altura de onda, porém de mesma freqüência, sendo queentre as duas camadas corrugadas está prevista ma camadalisa;

A figura 3 mostra esquematicamente uma ilustração deacordo com a figura 2, porém com referência a um outroplano de corte que mostra depressões; e

A figura 4 mostra esquematicamente um corte emperspectiva de um separador de partículas, de acordo coma invenção.

A figura 1 mostra esquematicamente um corte paraleloatravés de pelo menos uma seção parcial de uma primeiraforma de concretização de um separador de partículas 1,de acordo com a invenção, e, consequentemente, uma vistade cima sobre uma seção parcial determinada do separadorde partículas 1, a partir do qual a circulação do fluxode gás de escape 2 aparece ilustrado, por principio, emconexão com a separação de partículas finas 3 epartículas grossas 4.

Para a formação com relação às condições de circulação,especialmente com relação à velocidade de circulação e aotempo de retenção do fluxo de gás de escape de diferentesseções do separador, o separador de partículas 1apresenta, neste caso, por exemplo dois grupos dediferentes seções de circulação, que aqui são projetadasbasicamente de forma idêntica como seções de circulaçãode alta velocidade 5 e seções de circulação de baixavelocidade 6 dentro de cada um dos dois grupos.As seções de circulação de alta velocidade 5 apresentamperante as seções de circulação de baixa velocidade 6 umaseção transversal de circulação livre, bem menores,menores por exemplo em pelo menos o fator 2, de forma queo respectivo fluxo parcial de gás de escape apresenta nasseções de circulação de alta velocidade uma velocidade decirculação maior do que nas seções de circulação de baixavelocidade.

Tanto as seções 5 de circulação de alta velocidade comoas seções de circulação de baixa velocidade 6, são nestecaso, projetadas na forma de câmaras de circulaçãofechadas no lado frontal vista na direção de circulaçãox, sendo que, visto na direção de circulação x, estãodispostas diversas seções de circulação de baixavelocidade de desse tipo e seções de circulação de altavelocidade 5 diretamente em seqüência consecutiva. Adireção de circulação x corresponde neste caso á direçãode circulação principal de todo o fluxo de gás de escapeatravés do separador de partículas.

Conforme podemos verificar na figura 1, as seções decirculação de alta velocidade 5 e seções de circulação debaixa velocidade 6 ficam dispostas transversalmente erelação à direção de circulação (direção transversal y)alternadamente e além disso desUnhadas entre si visto nadireção de circulação x, de forma que fluxos parciais degás de escape 7 de um segmento da seção de circulação 9central a posterior, visto na direção de circulação, dasseções de circulação de baixa velocidade 6 através deorifícios de passagem laterais 8, visto na direção decirculação x, circulam para dentro de um segmento 10'dianteiro a central de seções 5 de circulação de altavelocidade adjacentes, visto na direção de circulação x.Correspondentemente, contrariamente, fluxos parciais degás de escape 7 vindos de um segmento 9'das seções decirculação de alta velocidade, central a posterior,devido a essa disposição em zigue-zague das seções decirculação de alta velocidade 5 em relação às seções 6 decirculação de baixa velocidade, circulam para dentro deum segmento 10 dianteiro a central das seções decirculação de baixa velocidade 6 através de orifícios depassagem correspondentes 8. Correspondentemente, osorifícios de passagem 8 posteriores, visto na direção decirculação x, formam respectivamente os orifícios defluxo de saida dos fluxos parciais de gás de escape 7,enquanto os orifícios de passagem 8 dianteiros, visto nadireção de circulação x, da respectiva seção 5,6 decirculação formam os orifícios de fluxo de entrada. Nestecaso, os orifícios de circulação dianteiros da seção 6 decirculação de baixa velocidade, por exemplo, podem sediferenciar dos orifícios posteriores de circulação daseção 6 de circulação de baixa velocidade quanto à suaforma e/ou tamanho de forma que no caso do arranjoilustrado na figura 1 os orifícios de circulaçãodianteiros e posteriores da seção 5 de circulação de altavelocidade se diferenciam também, correspondentemente,quanto à sua forma e/ou tamanho. Por exemplo, osorifícios de circulação podem variar também ao longo dadireção de circulação (x) quanto a forma e/ou tamanhosendo que as características do separador ao longo dacirculação e, portanto, entre a entrada e a saida doseparador podem ser alteradas.

Conforme podemos verificar na figura 1, visto na direçãode circulação x, antes ou depois dos orifícios decirculação 8, ou seja, na seção no lado frontal dasseções 5,6 de circulação formadas respectivamente deforma semelhante a uma câmara, os assim chamados furoscegos 11 e 11' como equipamentos coletores de partículase armazenador de partículas, que dispõem de um tipo devolume de compartimento morto. O modo de funcionamento doseparador de partículas 1, de acordo com a invenção,émais detalhadamente esclarecido por meio da figura 1.Devido à seção transversal de circulação livre,relativamente ampla, nas seções de circulação de baixavelocidade 6, os fluxos parciais de gás de escape 7 sãoretardados de forma que o fluxo de gás de escape na seção6 de circulação de baixa velocidade apresente umavelocidade de circulação bem baixa. O dimensionamento dasseções de circulação de baixa velocidade 6 é feito nestecaso de tal forma que a velocidade de circulação do fluxode gás de escape seja baixa de tal maneira que partículasfinas 3 de uma determinada ordem de grandeza, pré-estabelecida e/ou massa possam se difundir nos furoscegos 11 das seções de circulação de baixa velocidade 6,distante do fluxo de gás de escape, onde elas serãoarmazenadas provisoriamente. Essa difusão de partículasfinas aparece assinalada na figura 1 pelo sinal dereferência 12. As partículas mais pesadas e/ou maiores emrelação às partículas finas 3, que neste caso sãoassinaladas como partículas grossas 4, em contrapartidaschegam até as seções 5 de circulação de alta velocidadejunto com o fluxo de gás de escape ou neste caso, porexemplo, com os fluxos parciais de gás de escape 7, através dos orifícios de passagem correspondentes 8, ondeos fluxos de gás de escape são novamente aceleradosdevido à seção transversal de circulação livre reduzida.As seções transversais de circulação livres nessas seções5 de circulação de alta velocidade são dimensionadas detal forma que o fluxo de gás de escape nessas seções decirculação 5 de alta velocidade é acelerado para umavelocidade de circulação tal que o nítido desvio do fluxode gás de, repentino e condicionado pela circulação desaída dos fluxos parciais de gás de escape 7 para forados orifícios de passagem laterais 8 das seções 5 decirculação de alta velocidade, siga para dentro dasseções 6 de circulação de baixa velocidade contíguas, deforma que as partículas grossas 4 não mais permaneçam nosfluxos parciais de gás de escape devido à sua inércia, econforme aparece ilustrado através do sinal de referência14, prossegue em frente, sendo então capturadas pelosfuros cegos 11'das seções de circulação de altavelocidade onde as partículas grossas 4 serãoprovisoriamente armazenadas.

Conforme aparece ilustrado na metade esquerda da figura 1de forma esquemática com os furos cegos 11'esquerdos,mais externos, das seções de circulação de altavelocidade 5 e com os furos cegos 11 das seções 6 decirculação de baixa velocidade, as paredes de impacto 15e 15' formam o fundo dos furos cegos 11 e 11 podem serprojetadas perfuradas, sendo que a penetrabi1idade de gásé ajustada preferivelmente por meio dessas perfurações 16e 16'de forma que no máximo 30% do fluxo de gás de escapena respectiva seção de circulação possam circularatravés da parede de impacto para fora da respectivaseção de circulação. Alternativamente, as paredes deimpacto 15, 15'ou também outras seções das respectivasseções de circulação 5, 6 podem ser feitas de um materialpermeável ao gás, na verdade pelo menos em seçõesparciais.

Conforme podemos verificar especialmente na figura 2, oseparador de partículas 1 é projetado preferivelmentecomo separador de partículas feito de uma pluralidade deplacas sobrepostas que formam um bloco de placas, que sãoconectadas entre si em camadas sobrepostas. Comoilustração é selecionada uma seção transversal através debloco de placas, sendo que a direção de fluxo x resultano plano de imagem. Os planos de imagem podem serproj etados como planares, mas também como curvados,especialmente se as placas forem enroladas formando umbloco de placas.

Uma primeira parte dessas placas do separador é formadaneste caso por lâminas metálicas finas 17, que apresentamem sentido longitudinal à direção de circulação, umperfil ondulado 18 e portanto formam uma camadacorrugada.

Conforme consta na figura 2, além das lâminas metálicas17 como placas de separador, que apresentam um perfilondulado 18, também podem ser previstas as assim chamadascamadas lisas como outras placas do separador, que nestecaso são formadas por uma lâmina metálica lisa 20 e queficam dispostas alternadamente com relação ás lâminasmetálicas 17 que apresentam um perfil corrugado 18. Pormeio dessas lâminas metálicas lisas 20 é assegurado queas duas camadas corrugadas 21 e 22 diferentes com relaçãoao perfil corrugado 18, não podem escorregar uma naoutra. Na camada lisa formada pela lâmina metálica lisa20 também podem ser formados orifícios de passagem 23.Conforme consta na figura 2, as camadas corrugadas 21, 22neste caso apresentam na verdade uma mesma freqüência deonda, porém diferentes amplitudes de onda, ou seja,alturas de onda.

Para melhorar a aderência das partículas na superfície,todas as lâminas metálicas 17, 20 podem ser providas deuma rugosidade de superfície elevada e/ou seremrevestidas de um revestimento cataiiticamente ativo.As lâminas metálicas 17 que apresentam um perfilcorrugado 18 podem, além disso, visto na direção decirculação x, são providas de uma distância, por exemplo,de estreitamentos como depressões por meio das quais demodo simples podem ser formados volumes de compartimentomorto anteriormente descritos e, consequentemente,rupturas de circulação. Na figura 3 isso apareceilustrado com auxilio de um outro plano de corte, que sesitua mais a montante em comparação à figura 2: nestecaso uma parte dos canais superiores são fechados atravésde depressões 19. A montante dessas depressões 19, acirculação precisa desviam para canais adj acentesatravés dos orifícios de passagem 23 descritos em conexãocom a figura 2,

Na figura 4 é mostrado um corte esquemático de umseparador, de acordo com a invenção, composto de duascamadas corrugadas 21, 22 com camadas lisas intercaladas,em perspectiva. Através de orifícios de passagem 23dispostos nas camadas lisas 20 o fluxo de gás carregadocom partículas é conduzido entre a camada corrugada 21com baixa amplitude, ou seja, de elevada velocidade decirculação, e a camada corrugada 22 com elevadaamplitude, ou seja, de baixa velocidade de circulação.Isso é possivel mediante fechamento reciproco doscanais, por exemplo através da depressão descrita daslâminas metálicas, que formam as camadas corrugadas 21, 22.

Claims (39)

1. Separador de partículas, para a separação departículas vindas de um fluxo de gás de escape de ummotor de combustão interna, sendo que pelo separador de partículas pode circular pelo menos por seções um fluxode gás de escape, caracterizado pelo fato de no separadorde partículas (1) com relação às condições de circulaçãoserem projetadas diferentes seções de circulação (5,6),de forma que nas diferentes seções de circulação (5,6) possam ser separadas do fluxo de gás de escape (2,7)basicamente partículas (3,4) de diferentes, definidasordens de grandeza e/ou de diferente, definida massa.

2. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de no separador de partículas(1) serem projetadas diferentes seções de circulação(5,6), preferivelmente espacialmente separadas entre sipara a separação basicamente distinta de partículas finas(3) definidas através basicamente de difusão e por outrolado, de partículas grossas (4) maiores e/ou mais pesadas, com base em sua inércia.

3. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-1 ou 2, caracterizado pelo fato de as diferentes seçõesde circulação (5,6) se diferenciarem com relação àvelocidade de circulação e/ou em relação ao tempo deretenção do fluxo de gás de escape (2,7) nas seções decirculação (5,6).

4. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de oseparador de partículas (1) apresentar meios para aformação das diferentes seções de circulação (5,6),através dos quais o fluxo de gás de escape. (2,7) éacelerado e/ou retardado no separador de partículas.

5. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5,6) serem formadaspor seções transversais de circulação livres e dediferentes tamanhos.

6. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato deas diferentes seções de circulação (5,6), visto nadireção de circulação do fluxo de gás de escape, ficarem dispostas uma atrás da outra e/ou uma ao lado da outrae/ou sobrepostas entre si.

7. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de oseparador de partículas (1) apresentar meios, através dos quais o fluxo de gás de escape (2,7) no separador departículas (1) é repetidamente desviado e/ou dividido emfluxos parciais de gás de escape (7).

8. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-6 ou 7, caracterizado pelo fato de o separador departículas (1) apresentar uma pluralidade de canais decirculação, sendo que pelo menos uma parte dos canais decirculação especialmente com relação à seção transversalde abertura apresentar orifícios de passagem (8)alinhados em sentido transversal á direção de circulação, e/ou formados em uma seção de canal de circulaçãolateral, através dos quais pelo menos uma parte doscanais de circulação é conectada ao fluxo.

9. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato deas diferentes seções de circulação (5,6) serem dispostasde tal forma que pelo menos um fluxo parcial de gás deescape (7) do fluxo de gás de escape que circula em umaprimeira seção de circulação (5) com velocidade decirculação definida e/ou tempo de retenção definido, sigapara dentro de uma segunda seção de circulação diferenteda primeira seção de circulação com relação à velocidadede circulação e/ou tempo de retenção do fluxo de gás deescape.

10. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de seremformados vários, preferivelmente dois grupos dediferentes seções de circulação (5,6), sendo que asseções de circulação (5,6) de cada grupo são formadasbasicamente idênticas.

11. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de asseções de circulação (5,6) adjacentes, preferivelmentediferentes, vistas na direção de circulação, estaremdispostas desalinhas entre si pelo menos em algunssegmentos, de tal forma que um orifício de fluxo de saidade uma primeira seção de circulação (5) formar umorifício de fluxo de entrada de uma segunda seção decirculação(6) preferivelmente diferente em relação àprimeira seção de circulação (5).

12. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato deser atribuído a cada uma das diferentes seções decirculação (5,6) um dispositivo armazenador de partículase/ou coletor de partículas (11, 11').

13. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas (11, 11') ser formado por um volume dearmazenagem ou volume de espaço morto do tipo furo cego.

14. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas (11, 11') ser formado por um segmento de canalde circulação do tipo furo cego com parede de fundo dechoque (15, 15') alinhada basicamente em sentidoperpendicular em relação ao fluxo de gás de escape.

15. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 12 a 14, caracterizado pelo fato deo dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas (11, 11') , visto na direção de circulação dofluxo de gás de escape, ficar alojado antes de umorifício de fluxo de entrada da respectiva seção decirculação e/ou após um orifício de fluxo de saida darespectiva seção de circulação (5,6).

16. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 12 a 15, caracterizado pelo fato deo dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas (11, 11') ser formado de forma permeável aogás em seções pré-determinadas, especialmente de seremperfuradas seções de parede pré-determinadas dodispositivo (11, 11') coletor de partículas e/ouarmazenador de partículas e/ou feitas de um materialpermeável ao gás.

17. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de apermeabilidade ao gás ser ajustada de tal forma que umaquantidade pré-determinada, preferivelmente no máximo 30%do fluxo de gás de escape de uma respectiva seção decirculação (5,6) circular para fora da seção decirculação através do dispositivo coletor de partículase/ou armazenador de partículas (11, 11').

18. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 17,caracterizado pelo fato de oseparador de partículas (1) ser cataliticamente ativopelo menos em seções parciais, especialmente serrevestido com um revestimento catalitico.

19. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato deo separador de partículas (1) ser formado por umapluralidade de placas separadoras (17, 20) conectadasentre si em camadas sobrepostas, que formam um bloco deplacas.

20. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 19, caracterizado pelo fato de as placasseparadoras individuais (17, 20) serem formadas porlâminas e/ou esteiras de espessura de parede pré-determinada .

21. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de asplacas separadoras (17, 20) serem feitas de um materialmetálico e/ou cerâmico e/ou contendo silicio e/oucontendo carbeto de silício e/ou contendo quartzo e/ou dotipo fibroso.

22. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 19 a 21, caracterizado pelo fato de5 as placas separadoras (17, 20) apresentarem pelo menos emseções parciais uma estrutura de superfície comrugosidade de ordem de grandeza pré-determinada.

23. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 22, caracterizado pelo fato deo separador de partículas (1) , considerado na seçãotransversal, apresentar uma estrutura alveolar, sendo queos favos individuais representam respectivamente umaseção transversal de circulação de um determinadosegmento, visto na direção de circulação, de um canal de circulação.

24. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 19 a 23, caracterizado pelo fato deas diferentes seções de circulação (5,6) e/ou as seçõesde desvio e/ou as seções de separação e/ou as seçõescoletoras e/ou as seções armazenadoras e/ou os orifíciosde passagem serem formados por transformações de materiale/ou deformações de material e/ou estampagem de materiale/ou rebaixos de material em seções pré-determinadas depelo menos uma parte das placas separadoras (17,20) de umbloco de placas .

25. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 19 a 24, caracterizado pelo fato depelo menos uma parte das placas separador as (17, 20) deum bloco de placas ser projetada basicamente idêntica.

26. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 19 a 25, caracterizado pelo fato deo bloco de placas ser construído pelo menos parcialmentea partir de placas separadoras (17) que formam uma camadacorrugada, e apresentam um perfil do tipo ondulado (18)basicamente em sentido transversal e/ou longitudinal comrelação à direção de circulação.

27. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 26, caracterizado pelo fato de a placaseparadora (17), que formam uma camada corrugada,apresentar na direção de circulação depressões (19)distantes entre si, preferivelmente apresentando umamesma distância entre si, e que correm basicamente emsentido transversal com relação à direção de circulação,e que interrompem o perfil ondulado (18) e,consequentemente, o traçado longitudinal dos canais decirculação formados pelo perfil ondulado (18).

28. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 26 ou 27, caracterizado pelo fato de aplaca separadora (17) que forma uma camada corrugada,apresentar na seção lateral antes e depois de cadadepressão (19) pelo menos um orifício de passagem (8)para o fluxo de gás de escape.

29. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 27 ou 28, caracterizado pelo fato de, vistona direção de circulação, estreitamentos consecutivos(19) estreitarem o perfil ondulado (18) alternadamenteuma vez por um lado superior e uma vez por um ladoinferior.

30. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 26 a 29, caracterizado pelo fato deas diferentes seções de circulação (5,6) serem formadaspor diferentes amplitudes e/ou freqüências do perfilondulado (18) pelo menos de uma placa separadora (17) queforma uma camada corrugada.

31. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações 26 a 30, caracterizado pelo fato de asdiferentes seções de circulação (5,6) serem formadas pordiferentes amplitudes e/ou freqüências do perfil ondulado(18) de diferentes placas separadoras (17) que formamuma camada corrugada.

32. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 31, caracterizado pelo fato de obloco de placas apresentar placas separadoras (20) queformam uma camada lisa, que ficam dispostaspreferivelmente alternadamente com placas separadoras(17) que apresentam um perfil ondulado (18) e formam umacamada corrugada.

33. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações 8 a 32, caracterizado pelo fato de osorifícios de passagem (8), especialmente ao longo dadireção de circulação (x), serem formados diferentespelo menos em parte com relação a sua forma e/ou tamanho.

34. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 33, caracterizado pelo fato depelo menos um separador de partículas estar alojadojuntamente com pelo menos um dispositivo catalisador emum silenciador de uma instalação de gás de escape.

35. Método para a separação de partículas de um fluxo degás de escape de um motor de combustão interna, no qualum fluxo de gás de escape circula por um separador departículas, especialmente um separador de partículas,conforme definido nas reivindicações de 1 a 34, pelomenos em algumas seções, caracterizado pelo fato de noseparador de partículas (1) estarem dispostas com relaçãoàs condições de circulação diferentes seções decirculação (5,6), de forma que nas diferentes seções decirculação (5,6) sejam separadas basicamente partículas(3,4) de diferentes, definidas ordens de grandeza e/ou diferente, definida massa.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de a velocidade de circulaçãoe/ou o tempo de retenção de um fluxo de gás de escape oude um fluxo parcial do fluxo de gás de escape ser pré- determinada em diferentes seções de circulação, de formaque em um primeiro grupo de seções de circulação (6)sejam separadas basicamente partículas finas (3) dediferente ordem de grandeza, especialmente por difusão, eem pelo menos um outro grupo de seções de circulação (5)sejam separadas basicamente partículas grossas (4) maispesadas e/ou maiores em relação às partículas finas.

37. Método, de acordo com a reivindicação 35 ou 36,caracterizado pelo fato de um fluxo de gás de escape queapresenta em uma seção de circulação de alta velocidade(5) uma velocidade de circulação pré-determinada, serdesviado de forma que partículas grossas (4) dedeterminado tamanho e/ou peso não possam mais seguir ofluxo de gás de escape devido a sua inércia, e assimsejam separadas, especialmente que sejam capturadas em umdispositivo coletor de partículas e/ou armazenador departículas (11), e de um fluxo de gás de escape serretardado em uma seção de circulação (6) de baixavelocidade que apresenta uma baixa velocidade decirculação, de forma que sejam separadas partículas finas(3) menores e/ou mais leves em relação às partículasgrossas, por meio de difusão a partir do fluxo de gás deescape.

38. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 35 a 37, caracterizado pelo fato de as partículascontendo carbono, separadas no separador de partículas(1) , serem oxidadas com auxilio de NO2 formado em umcatalisador para a oxidação de NO.

39. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 35 a 38, caracterizado pelo fato de as partículascontendo carbono, separadas no separador de partículas(1) serem oxidadas através do aumento da temperatura degás de escape.