BRPI0904050A2 - dispositivo de pós-tratamento de escapamento, e, veìculo - Google Patents
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Abstract
Um dispositivo de pós-tratamento de escapamento tem uma entrada de moldagem unitária que é configurável para ter uma entrada, de 900 ou 1800, de gases de combustão relativos ao fluxo através dos elementos tubulares alojando um catalisador de oxidação para diesel e um filtro de particulado de diesel. O componente de moldagem provê o suporte estrutural primário para um elemento tubular conectado ao elemento de moldagem.
Description
"DISPOSITIVO DE PÓS-TRATAMENTO DE ESCAPAMENTO, E, VEÍCULO"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção mencionada refere-se a dispositivos depós-tratamento de escapamento e, mais especificamente, à construção de taisdispositivos.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
Desde que o motor de combustão interna foi comercialmentedesenvolvido, foi necessário tratar o escapamento vindo do motor. Taltratamento inicialmente incluía a supressão de som, porém no meado dos anos70, incluiu dispositivos de pós-tratamento de escapamento na forma deconversores catalíticos para minimizar emissões consideradas prejudiciaispela Agência de Proteção Ambiental (EPA). Com a aplicação dosregulamentos da EPA para motores de ignição por compressão ou diesel, oprocesso de pós-tratamento tornou-se mais complexo, visto que tipicamenteos dispositivos incluíam um catalisador de oxidação para diesel (DOC) e umfiltro de particulado de diesel (DPF) a jusante. A adição do tamanho e pesodestes componentes tornou a fixação do dispositivo de pós-tratamento deescapamento sobre a estrutura de um veículo significativamente mais difícil.
Naturalmente, devido ao peso adicional, porém, além disso, às variações detemperatura requererem acomodações para expansão térmica. O processo defixação do dispositivo de pós-tratamento de escapamento torna-se mais difícilpor que é necessário não ter quaisquer vazamentos de gás.
Tipicamente, os dispositivos de pós-tratamento deescapamento prosseguem a construção dos amortecedores e dispositivos depós-tratamento automotivos no fornecimento de unidades de aço estampadoou fabricadas. Esta construção rivaliza com a construção de silenciosos tendoplacas de extremidades formadas e elementos de interconexão feitos de metallaminado e apropriadamente soldados entre si. O problema com este tipo deconstrução é que as aumentadas cargas físicas e cargas térmicas, associadascom a necessidade de apropriadamente fixá-las em uma estrutura de veículo,provoca aumentada deflexão e, com ela, a aumentada possibilidade devazamentos e/ou falha estrutural.
Outro problema com uma estrutura fabricada é que aorientação do dispositivo é determinada no término das soldas. Nenhumaoutra flexibilidade está disponível para acomodar diferentes posiçõesespaciais dos condutos de escapamento, conduzindo ao e para longe dodispositivo.
Portanto, o que é necessário na técnica é uma construção dedispositivo de pós-tratamento de escapamento possibilitando uma fixaçãorobusta e eficiente com flexibilidade.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A invenção, em uma forma, é um dispositivo de pós-tratamento de escapamento incluindo um componente estrutural recebendogases de combustão do motor de combustão interna através de uma entradaintegral com o componente estrutural. O componente estrutural tem umasuperfície de fixação anular formada em torno de um eixo geométrico dado. Ocomponente estrutural tem uma passagem de fluxo interna direcionando ofluxo de gases de combustão da entrada para uma direção substancialmenteparalela ao eixo geométrico dado. Uma carcaça tubular é estruturalmenteconectada à superfície anular e pelo menos um dispositivo de pós-tratamentode escapamento é posicionado dentro da e contido pela carcaça tubular, demodo que o dispositivo de pós-tratamento de escapamento sejasubstancialmente suportado pelo componente estrutural.
Em outra forma, a invenção é um veículo tendo uma estrutura.Um dispositivo de pós-tratamento de escapamento inclui um componenteestrutural recebendo gases de combustão de motor de combustão internaatravés de uma entrada integral com o componente estrutural. O componenteestrutural tem uma superfície de fixação anular formada em torno de um eixogeométrico dado. O componente estrutural tem uma passagem de fluxointerna direcionando o fluxo de gases de combustão da entrada para umadireção substancialmente paralela ao eixo geométrico dado. Uma carcaçatubular é estruturalmente conectada à superfície anular e pelo menos umdispositivo de pós-tratamento de escapamento é posicionado dentro da econtido pela carcaça tubular. O componente estrutural é adaptado para fixaçãoà estrutura, de modo que o dispositivo de pós-tratamento de escapamento ésubstancialmente suportado pelo componente estrutural.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Fig. 1 é uma vista lateral externa simplificada de umdispositivo de pós-tratamento de escapamento realizando a presente invenção,juntamente com partes selecionadas de um veículo com as quais ele éutilizado.
A Fig. 2 é uma vista em seção transversal ampliada de umcomponente do dispositivo de pós-tratamento de escapamento da Fig. 1; e
A Fig. 3 é uma vista em seção transversal ampliada de umarranjo alternativo para o componente mostrado na Fig. 2.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Com referência agora à Fig. 1, é mostrado um dispositivo depós-tratamento de escapamento 10 para uso no tratamento dos gases deescapamento desprendendo-se de um motor de combustão interna contido porum veículo 12, somente partes do qual são mostradas. O veículo 12 pode seruma máquina de trabalho do tipo agrícola, industrial ou de silvicultura,geralmente motorizada por um motor de ignição por compressão ou diesel. Omotor diesel (não mostrado) é um excelente impulsor altamente eficiente edurável. Como resultado, ele é largamente utilizado em máquinas de trabalho.Com mudanças recentes nas regulamentações da EPA, entretanto, énecessário que o escapamento de tais motores seja tratado para trazer o nívelde componentes adversos para dentro dos limites governamentais. Para estefim, um conduto 14 estendesse para e recebe produtos de combustão do motorutilizado no veículo 12. O dispositivo de pós-tratamento 10 pode ser colocadoa jusante de um turbo carregador utilizado pelo motor ou pode ser colocadodentro, entre o turbo carregador e o motor, quando apropriado para aaplicação particular. Como será descrito mais tarde, um arranjo alternativopara o conduto 14a pode ser empregado com o dispositivo de pós-tratamento de escapamento 10.
O dispositivo de pós-tratamento de escapamento 10 inclui umaseção de entrada 18, um componente estrutural integral 20, e primeiro esegundo componentes de carcaça tubular ou cilíndrica 22 e 24,respectivamente. Como ilustrado, o componente tubular a jusante 24 estende-se para uma seção de saída 26 tendo um formato tronco-cônico paraemparelhar-se a um conduto de saída 16. Como ilustrado, os elementostubulares 22 e 24 são removivelmente conectados por um grampo Marmoncircunferencial 28 e a seção de saída 26 removivelmente conectada aoelemento tubular 24 com outro grampo Marmon circunferencial 30. Oelemento tubular 22 prove um alojamento para e, um suporte de, umcatalisador de oxidação para diesel (DOC) 32, mostrado nas linhas tracejadas.O catalisador de oxidação para diesel 32 é um elemento típico encontrado emum dispositivo de pós-tratamento de escapamento. O elemento tubular 24 estáa jusante do elemento 22 e aloja um filtro de particulado de diesel (DPF) 34,também mostrado nas linhas tracejadas. Os detalhes destes elementos não sãodescritos para simplificar o entendimento da presente invenção. O filtro departiculado de diesel 34 é contido pelo e fixado no elemento tubular 24.
O modo atual de produzir tal dispositivo de pós-tratamento deescapamento segue os princípios encontrados nos amortecedores e nosconversores catalíticos automotivos e no dispositivo de pós-tratamento deescapamento a diesel corrente. Este princípio envolve a produção de todos oscomponentes essenciais do dispositivo de pós-tratamento dos componentes demetal laminado, apropriadamente formados e soldados entre si para prover acompleta estrutura.
De acordo com um aspecto da presente invenção, o dispositivode pós-tratamento de escapamento 10 incorpora os componentes de entrada ecomponentes estruturais 18 e 20, como mostrado na Fig. 2. Com referênciaespecificamente à Fig. 2, o elemento de entrada 18 e o componente estrutural20 formam uma estrutura unitária. Tipicamente, estes elementos podem serformados como uma moldagem monolítica; entretanto, considera-se que oselementos podem ser formados de múltiplos elementos fornecendo umcomponente unitário estrutural, para equilibrar práticas técnicas de moldagemcom a necessidade de prover uma estrutura concluída com formatoscomplexos. Por exemplo, o elemento de entrada 18 inclui uma seção 36estendendo-se lateralmente de, e integral com, o componente estrutural 20.
Um componente de entrada anular 38 separado estende-se de e é recebido emum furo atravessante 39 na seção 36. O componente de entrada 38 éapropriadamente preso à seção 36. O componente de entrada 38 tem umflange integral 41 circundando uma entrada circular 40 coaxial com um eixogeométrico A. O flange 41 recebe um grampo Marmon 15 mostrado na Fig. 1para permitir conexão liberável com o conduto 14.
A seção de entrada 36 conecta-se com o componente estruturaltendo uma superfície a jusante anular 42 que é formada em torno de umeixo geométrico B. A superfície circunferencial 42 é formada em um diâmetrointerno e termina em um ressalto 44. Deve ser citado que o eixo geométrico Ada entrada 40 é substancialmente paralelo ao eixo geométrico B da superfíciecircunferencial 42. Portanto, o fluxo passando através dos elementos deentrada 18 e 20 faz um giro de 180°. Embora um giro de 180° seja ilustrado,deve ser evidente àqueles hábeis na técnica que o eixo geométrico dapassagem de entrada A pode ser orientado em uma ampla faixa de ângulopara acomodar diferentes necessidades de instalação para o dispositivo de pós-tratamento de escapamento 10.
O componente estrutural 20 tem protuberâncias de fixação 46afastadas em locais apropriados e integrais com a face de base 48 docomponente estrutural 20. Preferivelmente, as protuberâncias de fixação 46têm apropriadas conexões rosqueadas 47 para prover suporte removível para aestrutura 12 do veículo com o qual o dispositivo de pós-tratamento deescapamento 10 está associado (vide Fig. 1). Embora as protuberâncias 46tenham superfícies de base 50, que são substancialmente coplanares, deve serevidente que elas podem estar em diferentes níveis quando necessário para aaplicação particular. Uma fixação de sensor 51 é fornecida na seção deentrada 36 para um sensor (não mostrado) que é usado em um sistema decontrole de pós-tratamento de escapamento.
A seção de entrada 18 tem uma passagem interna 52 levando àuma passagem 54, que estende-se para o ressalto 44 associado com asuperfície de fixação circunferencial 42. O resultado líquido é que o eixogeométrico longitudinal do fluxo é virado do lado esquerdo da orientação daFig. 2 para uma orientação vertical substancialmente coaxial com o eixogeométrico B. A fim de isolar o componente estrutural 20 e a seção de entrada18 do fluxo de gás de escapamento quente passando através das passagens 52e 54, um inserto de metal laminado 56 é formado com uma parte anular 58,um piso de base 60 e um flange 62 que é suportado sobre o ressalto 44. O pisode base 60 e as paredes laterais 58 são conectados à uma passagem de entradade metal laminado 64. A passagem de entrada 64 estende-se para um canto deentrada integral 65, provendo uma entrada substancialmente paralela ao eixogeométrico A. A passagem de fluxo de metal laminado 56 é presa pelo flange62 ou em sua extremidade a jusante, deixando a extremidade a montante(canto 65) flutuar em resposta às variações de temperatura do fluxo de gás deescapamento entrando na entrada 18 e o componente estrutural 20. Como éevidente na Fig. 2, os elementos de metal laminado 56 e a passagem 54definem um vão 66, que prove isolação eficaz entre o fluxo de gás, no interiordo elemento de metal laminado 56, e o componente estrutural 20 e a seção deentrada 18. Isto tem o benefício de minimizar o esforço térmico sobre ocomponente estrutural 20 e a seção de entrada 18 e manter suas temperaturasdentro de limites aceitáveis, por exemplo, 250°C.
Uma carcaça de parede dupla para o elemento tubular 22 éprovida e inclui um tubo interno 70 e um tubo externo 72, ambos mostradosnas linhas tracejadas. A união dos tubos interno e externo é apropriadamenteobtida e uma descrição detalhada é omitida para permitir um entendimentomais claro da presente invenção. O tubo externo 72 é recebido dentro dasuperfície circunferencial 42, preferivelmente com um visível ajuste dainterferência, e o tubo externo 72 soldado ao componente estrutural 20 com oflange 62, do inserto de metal laminado 56, intercalado entre a extremidadedo tubo 22 e o ressalto 44. A extremidade oposta do elemento do tubo 22termina em um flange (não mostrado), dimensionado para receber o grampoMarmon circunferencial 28. Este flange casa com outro flange 76correspondendo ao tubo 24. Como é particularmente ilustrado na Fig. 1, oflange de 74 e 76 prove uma linha divisória entre o catalisador de oxidaçãopara diesel 32 e o filtro de particulado de diesel 34. Isto prove convenienteacesso ao filtro de particulado de diesel para inspeção ou manutenção derotina.
A seção de entrada e os componentes estruturais mostrados naFig. 3 têm um eixo geométrico de entrada C que está a 90° do eixo geométricoB. O componente estrutural 74 tem uma seção de entrada integral 76. Comoilustrado, o componente estrutural 74 e a seção de entrada 76 são formados deuma moldagem única. Entretanto, eles podem ser formados de partesseparadas como é apropriado para técnicas de moldagem. A seção de entrada76 tem uma abertura de entrada 78 e um flange 80 para acomodar o grampoMarmon 15 mostrado na Fig. 1. Uma pluralidade de protuberâncias de fixação89, tendo roscas internas 91, são providas sobre a superfície de base 75 docomponente estrutural 74. Como no caso das protuberâncias de fixação daFigura 2, elas podem ser no mesmo plano ou de outro modo, quandonecessário para uma aplicação dada. Um local de fixação do sensor 77 éprovido na seção de entrada 76 para um sensor (não mostrado) que é usadoem um sistema de controle de pós-tratamento de escapamento.
Uma passagem interna 82 resulta da abertura de entrada 78para uma passagem anular 84 tendo um eixo geométrico substancialmenteparalelo ao eixo geométrico B. Uma superfície circunferencial 86 prove umafixação para o elemento tubular 22 da mesma maneira como descrito para aestrutura da Fig. 2. A fim de isolar o componente estrutural 74 dos gasesquentes de escapamento, um inserto de metal laminado 88 é fornecido. Oinserto de metal laminado 88 tem um flange integral 90 que é suportado sobreum flange 92 na base da superfície circunferencial 86, de modo que ele sejaintercalado entre o ressalto 92 e a extremidade do elemento tubular 22. Oinserto de metal laminado 88 tem uma parede lateral integral 94 e uma paredede base 96 para formar um vão de ar 98 entre a passagem 84 e o inserto demetal laminado 88, para isolar o componente estrutural 74 dos gases quentesde escapamento. Na forma de realização mostrada na Fig. 3, o fluxo édirecionado através da seção de entrada 76, através de um furo 100 e para ointerior do elemento de metal laminado 88.
O componente estrutural e as seções de entrada mostradas nasFigs. 2 e 3 mostram orientações de 90 graus e 180 graus entre os eixosgeométricos de entrada e eixos geométricos de saída. Deve ser evidenteàqueles hábeis na técnica que os eixos geométricos A, C e B podem serorientados em uma ampla faixa de relações particulares de 180° a 90° e podemtambém ser orientados de modo que o eixo geométrico de entrada A continuena mesma direção geral como o eixo geométrico de saída B.Referindo-se agora a Fig. 1, o resultado da utilização doscomponentes estruturais para suportar o elemento tubular 22 é que quando odispositivo 10 é orientado em uma posição vertical, como mostrado na Fig. 1,a base 20 contém substancialmente todo o peso do dispositivo de pós-tratamento de escapamento 10 e passa o esforço através das protuberâncias 46para a estrutura 12 do veículo. Isto simplifica muito a fixação do dispositivo10, por que ele prove uma fixação estrutural em uma extremidade e umarranjo substancialmente não estrutural na extremidade de saída paraacomodar mais facilmente a expansão térmica. Provendo-se as seções deentrada 18, 76 e os componentes estruturais 20,74 como uma moldagem, umaampla variedade de orientações, entre a entrada e a parte principal dodispositivo 10, pode ser facilmente fornecida. A união com o elementotubular é simplificada e direta e permite um fabricante do catalisador deoxidação para diesel e filtro de particulado de diesel facilmente integrar suaestrutura com o componente estrutural integral 20 e entrada 18. Além disso,as interconexões flangeadas sobre os elementos tubulares possibilitam fácilgiro para prover mais flexibilidade.
Se for desejado fixar o dispositivo de pós-tratamento deescapamento 10 em uma outra orientação que não a vertical, o componenteestrutural 20 será fixado à estrutura do veículo através das protuberâncias 46,porém uma fixação adicional, tal como uma braçadeira 78 (mostrada naslinhas tracejadas como na Fig. 1), poderá ser empregada para manusear omovimento ascendente e descendente do dispositivo de pós-tratamento deescapamento 10. Mesmo neste arranjo, o componente estrutural 20 prove umabase da qual a expansão térmica pode ser acomodada, por exemplo, pelacapacidade para ter uma junta corrediça com a braçadeira 78.
Tendo descrito a forma de realização preferida, tornar-se-áevidente que várias modificações podem ser feitas sem desvio do escopo dainvenção, como definido nas reivindicações acompanhantes.
Claims (17)
1. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento,caracterizado pelo fato de compreender:um componente estrutural recebendo gases de combustão domotor de combustão interna através de uma entrada integral com o ditocomponente estrutural, tendo uma superfície de fixação anular formada emtorno de um eixo geométrico dado, dito componente estrutural tendopassagens de fluxo internas direcionando o fluxo de ditos gases de combustãode dita entrada para uma direção substancialmente paralela ao dito eixogeométrico;uma carcaça tubular estruturalmente conectada a ditasuperfície anular; e pelo menos um dispositivo de pós-tratamento deescapamento posicionado dentro da e contido por dita carcaça tubular, em queo dispositivo de pós-tratamento de escapamento é substancialmente suportadopelo dito componente estrutural.
2. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dita entrada em ditocomponente estrutural ser orientada na direção, aproximadamente, em umângulo reto em dito eixo geométrico dado.
3. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dita entrada ser orientadapara ser dirigida a aproximadamente 180° de dito eixo geométrico dado.
4. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender uminserto de metal laminado configurada para e afastada de dita passagem defluxo interna, a fim de isolar o componente estrutural dos gases quentes deescapamento.
5. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender umflange circunferencial integral adjacente à entrada para conectar-se comcomponentes do sistema de escapamento.
6. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito componente estruturalser moldado.
7. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de dita moldagem ter múltiplospinos de fixação para fornecer uma interconexão estrutural entre o dispositivode pós-tratamento de escapamento e a estrutura de um veículo com o que odispositivo de pós-tratamento de escapamento é utilizado.
8. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ditos pinos de fixação seremsubstancialmente sobre um plano de dito componente estrutural.
9. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ainda compreender um pinoposicionado sobre o exterior de dita seção de entrada e tendo uma passageminterna para conectar-se com dita passagem de fluxo para acomodar umsensor.
10. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito dispositivo de pós-tratamento de escapamento ter dois componentes de pós-tratamento deescapamento.
11. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de dita carcaça tubular serformada em seções tubulares adjacentes separadas, cada uma acomodando umde ditos dispositivos de pós-tratamento de escapamento.
12. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de cada um de ditos tubosterem um flange adjacente à junção entre eles, dito flange sendo configuradopara aceitar um grampo Marmon.
13. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de ainda compreender umgrampo Marmon posicionado ao redor dos flanges em ditas seções tubulares,para liberavelmente retê-lo no lugar.
14. Dispositivo de pós-tratamento de escapamento de acordocom a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de um de ditos dispositivo depós-tratamento de escapamento ser um catalisador de oxidação para diesel(DOC) e o outro a jusante de dito DOC ser um filtro de particulado de diesel(DPF).
15. Veículo, caracterizado pelo fato de compreender:uma estrutura;um dispositivo de pós-tratamento de escapamentocompreendendo um componente estrutural recebendo gases de combustão domotor de combustão interna através de uma entrada integral com o ditocomponente estrutural, tendo uma superfície de fixação anular formada emtorno de um eixo geométrico dado, dito componente estrutural tendopassagens de fluxo internas direcionando o fluxo de ditos gases de combustãode dita entrada para uma direção substancialmente paralela com dito eixogeométrico dado;uma carcaça tubular estruturalmente conectada a ditasuperfície anular; e pelo menos um dispositivo de pós-tratamento deescapamento posicionado dentro da e contido pela dita carcaça tubular; e,dito componente estrutural sendo adaptado para ser fixado adita estrutura pela qual o dispositivo de pós-tratamento de escapamento ésubstancialmente suportado por dito componente estrutural.
16. Veículo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de dito dispositivo de pós-tratamento de escapamento ser fixadoverticalmente, de modo que o componente estrutural forneçasubstancialmente o principal suporte estrutural para dita carcaça tubular.
17. Veículo de acordo com a reivindicação 15, caracterizadopelo fato de dito dispositivo de pós-tratamento de escapamento ser fixado quenão verticalmente e ainda compreender uma fixação de adição para ditacarcaça tubular afastada de dito componente estrutural.
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