BRPI1003716A2

BRPI1003716A2 - dispositivo para resfriar uma corrente de gÁs de exaustço, e, veÍculo motorizado

Info

Publication number: BRPI1003716A2
Application number: BRPI1003716-0A
Authority: BR
Inventors: Scott D Ochsner; Romain Brunet
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-02-13
Also published as: DE102009045801A1; US8745976B2; ES2567723T3; US20110239637A1; CN102042061A; EP2314839A1; EP2314839B1

Abstract

DISPOSITIVO PARA RESFRIAR UMA CORRENTE DE GÁS DE EXAUSTçO, E, VEÍCULO MOTORIZADO É descrito um dispositivo (22) para resfriar uma corrente degás de exaustão (18), que tem um tubo de gás de exaustão (24) que recebe a corrente de gás de exaustão (18), o tubo de gás de exaustão (24) sendo envolto pelo menos em alguns lugares por uma blindagem térmica (26) arranjada espaçada dele, que, junto com o lado de fora do tubo de gás de exaustão (24), forma uma região de convecção (30) para ar (34) suprido pelo ambiente em volta (32). Uma região da boca (36) do tubo de gás de exaustão (24) estendida em relação à blindagem térmica (26) projeta-se de uma tal maneira ao interior da extremidade aberta (38) de um orificio de saída vizinho (40) que uma baixa pressão relativa ao ambiente em volta (32) possa ser produzida em uma região de sucção (42) entre a região da boca (36) do tubo de gás de exaustão (24) e o orificio de saida (40) à medida que ar (34) aquecido na região de convecção (30) por causa da corrente de gás de exaustão (18) sobe.

Description

"DISPOSITIVO PARA RESFRIAR UMA CORRENTE DE GÁS DE EXAUSTÃO, E, VEÍCULO MOTORIZADO"

A invenção diz respeito a um dispositivo para resfriar uma corrente de gás de exaustão, tendo um tubo de gás de exaustão que recebe a corrente de gás de exaustão, o tubo de gás de exaustão sendo envolto pelo menos em alguns lugares por uma blindagem térmica arranjada espaçada dele, que, junto com o lado de fora do tubo de gás de exaustão, forma uma região de convecção para ar suprido pelo ambiente em volta.

Tais sistemas de gás de exaustão, consistindo em um tubo de gás de exaustão para descarregar uma corrente de gás de exaustão que emerge de um motor diesel e uma blindagem térmica na forma de uma tampa tubular arranjada espaçadamente do lado de fora do tubo de gás de exaustão, são conhecidos, inter alia, pelos tratores agrícolas da série 6030 fabricados pela John Deere.

Padrões de gás de exaustão aprovados pela União Européia a este respeito proporcionam uma redução gradual nas partículas de fuligem produzidas por motores diesel e descarregadas no ambiente com o gás de exaustão do motor. A descarga de partículas de fuligem é restrita pelo uso de filtros de partículas de fuligem, como uma regra, com "filtros de fluxo através da parede", nos quais o gás de exaustão do motor passa através de uma parede de filtro porosa de um material cerâmico ou metálico. Assim procedendo, as partículas de fuligem contidas no gás de exaustão do motor ficam depositadas tanto na superfície quanto também dentro da parede do filtro, de maneira tal que a contrapressão do gás de exaustão aumenta à medida que o grau de entupimento da parede do filtro aumenta. Para regenerar o filtro de partículas de fuligem, as partículas de fuligem depositadas são portanto queimadas em intervalos regulares, para cujo propósito a temperatura do gás de exaustão do motor é aumentada de tempos em tempos até temperaturas superiores a 500 °C, por exemplo, por meio de um conversor catalítico de oxidação conectado à montante do filtro de partículas de fuligem. Durante a regeneração, correspondentemente, podem ocorrer altas temperaturas do gás de exaustão no cano de descarga do sistema de gás de exaustão, que leva em certas circunstâncias à formação de óxidos de nitrogênio indesejáveis.

Neste pano de fundo, WO 2008/060559 A2 revela um

dispositivo para reduzir a temperatura do gás de exaustão em um cano de descarga. O dispositivo, que pode ser montado no cano de descarga por meio de um grampo ou braçadeira, compreende um bico, que é montado por meio de uma pluralidade de pernos de retenção arranjados radialmente de uma maneira tal que um alojamento desviador vizinho que, durante a passagem da corrente de gás de exaustão, um vácuo parcial para extração de ar ambiente mais frio pode ser produzido na entrada formada entre o bico e o alojamento desviador. Entretanto, a forma do bico ou do alojamento do desviador, forma esta que afunila-se na direção da passagem da corrente de gás de exaustão, leva a um aumento indesejado na contrapressão do gás de exaustão no sistema de gás de exaustão.

Portanto, é um objetivo da presente invenção prover um dispositivo do tipo supramencionado que permite o resfriamento de uma corrente de gás de exaustão que emerge em particular de um filtro de partículas diesel sem aumentar indesejavelmente a contrapressão de gás de exaustão na região de um cano de descarga.

Este objetivo é alcançado por um dispositivo com os recursos da reivindicação 1.

O dispositivo de acordo com a invenção para resfriar uma corrente de gás de exaustão compreende um tubo de gás de exaustão que recebe a corrente de gás de exaustão, o tubo de gás de exaustão sendo envolto pelo menos em alguns lugares por uma blindagem térmica arranjada espaçada dele, que, junto com o lado de fora do tubo de gás de exaustão, forma uma região de convecção para ar suprido do ambiente em volta. Uma região da boca do tubo de gás de exaustão estendida em relação à blindagem térmica projeta-se de uma maneira tal ao interior de uma extremidade aberta de um orifício de saída de união que uma menor pressão relativa ao ambiente em volta possa ser produzida em uma região de sucção entre a região da boca do tubo de gás de exaustão e o orifício de saída à medida que o ar aquecido na região de convecção por causa da subida da corrente de gás de exaustão. Mais precisamente, a região da boca, envolta pela blindagem térmica, do tubo de gás de exaustão forma um bico que interage com o orifício de saída de uma maneira tal que uma baixa pressão será realizada na região de sucção em decorrência do efeito Venturi à medida que ar quente na região de convecção sobe. Uma vez que o bico fica arranjado fora da corrente de gás de exaustão, um aumento indesejado na contrapressão do gás de exaustão na região do cano de descarga pode ser evitado. O ar ambiente arrastado para o orifício de saída por causa da baixa pressão leva no processo, dependendo da sua temperatura, a resfriamento correspondente da corrente de gás de exaustão que emerge no orifício de saída e assim no cano de descarga.

Desenvolvimentos adicionais vantajosos são revelados pelas sub reivindicações.

O tubo de gás de exaustão preferivelmente tem um perfil orientado verticalmente pelo menos na região da boca, de maneira a favorecer o gás quente a subir na região de convecção. O tubo de gás de exaustão pode, por exemplo, ser um componente de um sistema de gás de exaustão de um veículo utilitário agrícola na forma de um trator.

r

E adicionalmente viável para a região de sucção ter a forma de uma primeira folga anular estendendo-se radialmente entre o orifício de saída e o tubo de gás de exaustão e/ou para a região de convecção ter a forma de uma segunda folga anular estendendo-se radialmente entre a blindagem térmica e o tubo de gás de exaustão. Dessa maneira, o tubo de gás de exaustão, a blindagem térmica e o orifício de saída têm uma seção transversal substancialmente circular pelo menos na região da boca do tubo de gás de exaustão. A este respeito, um arranjo concêntrico da blindagem térmica e do orifício de saída relativos à região da boca do tubo de gás de exaustão é preferido.

Na região da boca do tubo de gás de exaustão, a primeira folga

anular pode ter um diâmetro externo que casa com a segunda folga anular, ou menor que esta. O estreitamento formado neste último caso entre a primeira e segunda folgas anulares resulta em um reforço do efeito Venturi e assim em um aumento na menor pressão na região de sucção. Preferivelmente, o orifício de saída fica arranjado espaçado da

blindagem térmica de uma maneira tal que regiões de extremidade opostas do orifício de saída da blindagem térmica formem uma abertura de sucção anular conectada na região de sucção. A região de sucção pode aqui ser envolta por um elemento de filtro, em particular, por uma malha perfurada. As aberturas na malha perfurada são dimensionadas de maneira tal que acima de tudo contaminantes relativamente grosseiros, que levariam a um rápido entupimento ou bloqueio da região de sucção, sejam confiavelmente retidos.

Para garantir a contrapressão de gás de exaustão mais baixa possível, o tubo de gás de exaustão pode ter um diâmetro interno que permanece o mesmo em todo o comprimento da região da boca. O tubo de gás de exaustão é em particular feito de um tubo de aço estampado sem costura com uma parede lisa em ambos os lados.

E além disso possível que a blindagem térmica compreenda na sua circunferência uma pluralidade de aberturas de suprimento de ar que leva à região de convecção, de maneira tal que um suprimento contínuo de ar do ambiente em volta seja garantido. As aberturas de suprimento de ar podem aqui tomar a forma de fendas de entrada distribuídas na circunferência da blindagem térmica.

O dispositivo de acordo com a invenção será descrito com mais detalhes a seguir com referência aos desenhos anexos, em que componentes de função correspondente ou equiparável são rotulados com os mesmos números de referência. Nos desenhos:

A figura 1 mostra uma modalidade exemplar do dispositivo de acordo com a invenção para resfriar uma corrente de gás de exaustão em um veículo utilitário agrícola; e

A figura 2 é uma vista detalhada da modalidade exemplar mostrada na figura 1 do dispositivo de acordo com a invenção em seção longitudinal.

A figura 1 mostra uma modalidade exemplar do dispositivo de

acordo com a invenção para resfriar uma corrente de gás de exaustão em um veículo utilitário agrícola na forma de um trator, a figura 2 reproduzindo uma vista detalhada do dispositivo de acordo com a invenção em seção longitudinal.

O veículo utilitário agrícola 10 compreende um filtro de

partículas de fuligem 14 acomodado em um compartimento do motor 12, em que o dito filtro de partículas de fuligem toma a forma de um filtro de fluxo através da parede convencional, o gás de exaustão do motor produzido por um motor diesel 16 do veículo utilitário agrícola 10 passando através de uma parede de filtro porosa de um material cerâmico ou metálico. No processo, as partículas de fuligem contidas no gás de exaustão do motor ficam depositadas tanto na superfície quanto também dentro da parede do filtro do filtro de partículas de fuligem 14. Uma vez que a contrapressão do gás de exaustão aumenta à medida que o grau de entupimento da parede do filtro aumenta, as partículas de fuligem depositadas são queimadas em intervalos regulares para regenerar o filtro de partículas de fuligem 14, para cujo propósito a temperatura do gás de exaustão do motor é aumentada de tempos em tempos até temperaturas superiores a 500 0C usando um conversor catalítico de oxidação conectado à montante do filtro de partículas de fuligem 14. Para resfriar a corrente de gás de exaustão 18 que emerge do filtro de partículas de fuligem 14, o dispositivo 22 de acordo com a invenção provido na região de um cano de descarga 20 compreende um tubo de gás de exaustão 24 que recebe a corrente de gás de exaustão 18, o tubo de gás de exaustão 24 sendo envolto pelo menos ao longo de uma porção que estende-se para fora do compartimento do motor 12 do veículo utilitário agrícola 10 por uma blindagem térmica arranjada espaçadamente 26 na forma de uma tampa tubular 28, cuja blindagem térmica forma, junto com o lado de fora do tubo de gás de exaustão 24, uma região de convecção 30 para ar 34 suprido pelo ambiente em volta 32. Uma região da boda 36 do tubo de gás de exaustão 24 estendida em relação à blindagem térmica 26 projeta-se de uma maneira tal até a extremidade aberta 38 do orifício de saída vizinho 40 que uma baixa pressão relativa ao ambiente em volta 32 possa ser produzida em uma região de sucção 42 entre a região da boda 36 do tubo de gás de exaustão 24 e o orifício de saída 40 à medida que ar 34 aquecido na região de convecção 30 por causa da corrente de gás de exaustão 18 sobe.

Mais precisamente, a região da boda 36, envolta pela blindagem térmica 26 do tubo de gás de exaustão 24 forma um bico que interage com o orifício de saída 40 de uma maneira tal que uma baixa pressão seja realizada na região de sucção 42 em decorrência do efeito Venturi à medida que o ar 34 aquecido na região de convecção 30 sobe. O ar ambiente 44 arrastado para o orifício de saída 40 por causa da baixa pressão leva no processo, dependendo da sua temperatura, ao resfriamento correspondente da corrente de gás de exaustão 18 que emerge no orifício de saída 40. O tubo de gás de exaustão 24 tem um perfil orientado

verticalmente pelo menos na região da boca 36 de maneira a favorecer o ar quente 34 a subir na região de convecção 30.

Como está mais claramente visível na figura 2, a região de sucção 42 toma a forma de uma primeira folga anular 46 que estende-se radialmente entre o orifício de saída 40 e o tubo de gás de exaustão 24 e/ou a região de convecção 30 toma a forma de uma segunda folga anular 48 que estende-se radialmente entre a blindagem térmica 26 e o tubo de gás de exaustão 24. Dessa maneira, o tubo de gás de exaustão 24, a blindagem térmica 26 e o orifício de saída 40 têm uma seção transversal substancialmente circular pelo menos na região da boda 36 do tubo de gás de exaustão 24. Neste caso, a blindagem térmica 26 e o orifício de saída 40 são arranjados concentricamente em relação à região da boca 36 do tubo de gás de exaustão 24. Tanto o orifício de saída 40 quanto a blindagem térmica 26 são aqui anexados no lado de fora do tubo de gás de exaustão 24 por meio de espaçadores arranjados radialmente, não mostrados.

A título de exemplo, a primeira folga anular 46 na região da boda 36 do tubo de gás de exaustão 24 tem um diâmetro externo menor que a segunda folga anular 48. O estreitamento formado desta maneira entre a primeira e segunda folgas anulares 46 e 48 resulta em um reforço do efeito Venturi e assim em um aumento da menor pressão na região de sucção 42. É alternativamente possível que a primeira folga anular 46 na região da boca 36 do tubo de gás de exaustão 24 tenha um diâmetro externo que casa com a segunda folga anular 48. O orifício de saída 40 fica arranjado espaçado da blindagem

térmica 26 de uma maneira tal que regiões de extremidade opostas 50 e 52 do orifício de saída 40 e da blindagem térmica 26 formem uma abertura de sucção anular 54 conectada na região de sucção 42. A região de sucção 42 pode aqui ser envolta por um elemento de filtro, não mostrado, na forma de uma malha perfurada. As aberturas na malha perfurada são dimensionadas de maneira tal que acima de tudo contaminantes relativamente grosseiros, que levariam rapidamente ao entupimento e bloqueio da região de sucção 42, sejam confíavelmente retidos.

Para garantir a contrapressão do gás de exaustão mais baixa possível, o tubo de gás de exaustão 24 tem um diâmetro interno que permanece o mesmo na região da boca 36. O tubo de gás de exaustão 24 é aqui feito de um tubo de aço trefilado sem costura com uma parede lisa em ambos os lados.

Além do mais, a blindagem térmica 26 compreende na sua circunferência uma pluralidade de aberturas de suprimento de ar 56 que leva à região de convecção 30. As aberturas de suprimento de ar 56 tomam a forma de fendas de entrada 58 distribuídas na circunferência da blindagem térmica 26, as ditas fendas de entrada sendo localizadas no presente caso em uma pluralidade de fileiras sobrepostas abaixo da abertura de sucção anular 54.

Embora o veículo utilitário agrícola 10 mostrado na figura 1 seja, a título de exemplo, um trator, é igualmente viável que o dispositivo 22 de acordo com a invenção seja usado com qualquer outro veículo motorizado a diesel desejado. Além do mais, ele pode ser usado em aplicações estacionárias, tal como, por exemplo, um gerador de energia elétrica a diesel, ou similares.

Claims

1. Dispositivo para resfriar uma corrente de gás de exaustão, tendo um tubo de gás de exaustão (24) que recebe a corrente de gás de exaustão (18), o tubo de gás de exaustão (24) sendo envolto pelo menos em alguns lugares por uma blindagem térmica (26) arranjada espaçada dele, que, junto com o lado de fora do tubo de gás de exaustão (24), forma uma região de convecção (30) para ar (34) suprido pelo ambiente em volta (32), caracterizado pelo fato de que uma região da boca (36) do tubo de gás de exaustão (24) estendida em relação à blindagem térmica (26) projeta-se de uma maneira tal ao interior da extremidade aberta (38) de um orifício de saída vizinho (40) que uma baixa pressão relativa ao ambiente em volta (32) possa ser produzida em uma região de sucção (42) entre a região da boca (36) do tubo de gás de exaustão (24) e o orifício de saída (40) à medida que o ar (34) aquecido na região de convecção (30) por causa da corrente de gás de exaustão (18) sobe.

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo de gás de exaustão (24) tem um perfil orientado verticalmente pelo menos na região da boca (36).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a região de sucção (42) toma a forma de uma primeira folga anular (46) que estende-se radialmente entre o orifício de saída (40) e o tubo de gás de exaustão (24) e/ou a região de convecção (30) toma a forma de uma segunda folga anular (48) que estende-se radialmente entre a blindagem térmica (26) e o tubo de gás de exaustão (24).

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, na região da boca (36) do tubo de gás de exaustão (24), a primeira folga anular (46) tem um diâmetro externo que casa com a segunda folga anular (48), ou menor que esta.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o orifício de saída (40) fica arranjado espaçado da blindagem térmica (26) de uma maneira tal que regiões de extremidade opostas (50, 52) do orifício de saída (40) e da blindagem térmica (26) formem uma abertura de sucção anular (54) conectada na região de sucção (42).

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o tubo de gás de exaustão (24) tem um diâmetro interno que permanece o mesmo na região da boda (36).

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a blindagem térmica (26) compreende uma pluralidade de aberturas de suprimento de ar (56) na sua circunferência que leva até a região de convecção (30).

8. Veículo motorizado, em particular um veículo utilitário agrícola, caracterizado pelo fato de que tem um dispositivo (22) para resfriar uma corrente de gás de exaustão (18) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7.