BRPI1003976A2

BRPI1003976A2 - dispositivo para resfriar uma corrente de gÁs de descarga, e, veÍculo motorizado

Info

Publication number: BRPI1003976A2
Application number: BRPI1003976-7A
Authority: BR
Inventors: Romain Brunet; Scott D Ochsner
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2013-02-26
Also published as: EP2314838B1; CN102042060A; DE102009045742A1; EP2314838A1; US20110239636A1

Abstract

DISPOSITIVO PARA RESFRIAR UMA CORRENTE DE GÁS DE DESCARGA, E, VEÍCULO MOTORIZADO. Dispositivo (10) para resfriar uma corrente de gás de descarga (20) que emerge de um filtro para partículas de fuligem (16) que tem um conector de saída (22) fornecido no filtro para partículas de fuligem (16) para transportar para fora a corrente de gás de descarga (21) e o conector de saída (22) compreendendo uma região de bocal (24) que afila na direção da corrente de gás de descarga (20), cuja região se projeta para o interior de uma extremidade aberta (26) de um tubo de gás de descarga adjacente (28), de tal maneira que uma pressão reduzida relativa ao ambiente circundante (32) pode ser produzida em uma região de sucção (30) entre o conector de saída (22) e o tubo de gás de descarga (28) na passagem da corrente de gás de descarga (20).

Description

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

A invenção é relativa a um dispositivo para resfriar o uma corrente de gás de descarga que emerge de um filtro para partículas de fuligem.

Padrões de gás de descarga promulgados pela União Européia fornecem uma redução gradual nas partículas de fuligem produzidas por motores a diesel e descarregadas no ambiente com o gás de descarga do motor. Descarga de partículas de fuligem é restringida utilizando filtros de partículas de fuligem, como uma regra, com "filtros de parede de escoamento" nos quais o gás de descarga do motor atravessa uma parede de filtro porosa, de um material cerâmico ou metálico. Fazendo assim, as partículas de fuligem contidas no gás de descarga do motor se tornam depositadas em ambos, na superfície e também dentro da parede do filtro, de tal modo que a contrapressão de gás de descarga aumenta quando o grau de entupimento da parede de filtro aumenta. Para regenerar um filtro para partículas de fuligem, as partículas de fuligem depositadas são, portanto, queimadas em intervalos regulares, para cuja finalidade a temperatura do gás de descarga do motor é aumentada de tempos a tempos até temperaturas acima de 500°C, por exemplo, utilizando um conversor catalítico de oxidação conectado a montante do filtro para partículas de fuligem. Durante regeneração, temperaturas de gás de descarga correspondentemente elevadas podem ocorrer no tubo de final do sistema de gás de descarga (descarga) que pode conduzir à formação de óxidos de nitrogênio indesejáveis. Contra este fundamento a DE 10 2008 051 958 Al divulga um

dispositivo para reduzir a temperatura de uma corrente de gás de descarga que emerge de um filtro para partículas de diesel no qual ar resfriador ambiente é misturado com a corrente de gás de descarte por meio de uma bomba de ar durante a regeneração do filtro para partículas de diesel. EUA. Uma vez que a bomba de ar é controlada eletricamente, o dispositivo conhecido é de construção comparativamente complexa.

Portanto, é o objetivo da presente invenção simplificar um dispositivo do tipo acima mencionado com relação à sua estrutura.

Este objetivo é alcançado por meio de um dispositivo que tem

os aspectos da reivindicação 1.

O dispositivo de acordo com a invenção, para resfriar uma corrente de gás de descarga, que emerge de um filtro para partículas de fuligem, compreende um conector de saída fornecido no filtro para partículas de fuligem, para transportar para fora a corrente de gás de descarga, o conector de saída compreendendo uma região de bocal que se afila na direção da corrente de gás de descarga, cuja região se projeta em uma extremidade aberta de um tubo de gás de descarga adjacente de tal maneira que uma pressão reduzida em relação ao ambiente circundante pode ser produzida em uma região de sucção entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga na passagem da corrente de gás de descarga. De maneira mais precisa, a pressão reduzida é produzida de acordo com o princípio Venturi, no qual a região de bocal do conector de saída se estende na maneira de um bocal para o interior da extremidade aberta do tubo de gás de descarga. O ar ambiente trazido para o interior do tubo de gás de descarga devido à pressão reduzida conduz o processo, dependendo de sua temperatura para resfriamento correspondente da corrente de gás de descarga.

Uma vez que o dispositivo de acordo com a invenção é distinguido não somente por uma estrutura particularmente simples, mas simultaneamente também por uma estrutura extremamente compacta, é possível acomodar dito dispositivo, juntamente com o filtro para partículas de fuligem, dentro de um compartimento de motor de um veículo motorizado operado por um motor a diesel, em particular, de um veículo utilitário agrícola. Resfriamento do motor a diesel é convencionalmente conseguido por meio de um trocador de calor de alta temperatura arranjado no compartimento do motor do veículo motorizado, cujo trocador de calor é um componente de um circuito de resfriamento de líquido conectado com o motor a diesel, o trocador de calor de temperatura elevada sendo exposto ao ar de resfriamento por meio de uma unidade ventilador, cujo ar de resfriamento é trazido do ambiente circundante por meio de uma grade de radiador e insertos de filtro à jusante. Uma vez que o ar transportado desta maneira para o interior do compartimento do motor é amplamente livre de contaminantes, entupimento indesejado da região de sucção formada entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga é amplamente evitado. Em adição, a compressão do ar localizado no compartimento do motor, trazido ao redor da parte unidade ventilador conduz a uma vazão volumétrica aumentada na região de sucção, e assim a resfriamento mais eficiente da corrente do gás de descarga.

Outros desenvolvimentos vantajosos são revelados pelas sub-

reivindicações.

Preferivelmente o conector de saída é conectado de maneira destacável a um flange de fixação de um alojamento de filtro circundada pelo filtro para partículas de fuligem. Conseqüentemente, o flange de fixação é um componente fixo do alojamento do filtro e, como tal, é soldado ou conectado firmemente a ele de outra maneira. O conector de saída pode compreender uma porção de fixação que pode ser plugada no flange de fixação, e que pode ser trazida em engate estanque a ar com o flange de fixação. A conexão destacável entre o conector de saída e o flange de

fixação do alojamento do filtro pode ser produzida em particular por meio de um grampo elástico removível. O grampo elástico aqui consiste de uma liga de um aço inoxidável ou uma liga de aço apropriadamente tratada superficialmente. Quando ajustado, o grampo elástico pega ao redor do conector de saída na região da porção de fixação, de tal maneira que reduzindo a circunferência do grampo elástico por meio de um parafuso de fixação ou similar, uma conexão de grampo pode ser produzida entre o conector de saída e o flange de fixação do alojamento de filtro. Para melhorar a ação de fixação, o conector de saída pode compreender uma pluralidade de abas de fixação que se estendem transversalmente ao grampo elástico na região da porção de fixação.

Alternativamente, o conector de saída também pode ser um componente fixo do alojamento de filtro circundado pelo filtro para partículas de fuligem. O conector de saída é então soldado, ou de outra maneira conectado firmemente ao alojamento de filtro.

Preferivelmente a região de sucção toma a forma de um espaço anelar que se estende radialmente entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga. Neste caso ambos, o conector de saída e o tubo de gás de descarga, têm uma seção transversal substancialmente circular, pelo menos na região de sucção.

Tornou-se claro que o rendimento do resfriamento da corrente de gás de descarga pode ser otimizado se a relação entre um raio exterior e um raio interior do espaço anelar tiver um valor na faixa de 1,90 a 2,10. Assim, por exemplo, com um raio exterior de 60 mm e um raio interior de 29 mm, que corresponde a uma relação dos dois raios de aproximadamente 2,07, a temperatura da corrente do gás de descarga pode ser reduzida por mais do que 200°C. Deveria ser observado, contudo, que os detalhes acima são fornecidos meramente à guisa de exemplo e podem diferir em grau maior ou menor como uma função das condições particulares de operação.

A região de bocal do conector de saída preferivelmente se estende através de toda sua circunferência a uma distância da extremidade aberta do tubo de gás de descarga. Em outras palavras, a região de bocal do conector de saída é auto-suportante em relação a uma extremidade aberta do tubo de gás de descarga. A distância é selecionada de tal modo que no caso de vibrações que ocorrem entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga como resultado da operação, a região de bocal do conector de saída pode mover dentro da extremidade aberta do tubo de gás de descarga sem tocar nele. Isto assegura desacoplamento mecânico abrangente dos dois componentes.

Adicionalmente é possível que o elemento de filtro afile na direção do conector de saída. O elemento de filtro afila somente em uma certa extensão de modo a regular contato recíproco entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga no caso de vibrações que ocorrem entre eles como resultado de operação.

Além disto, a região de sucção pode ser circundada por um elemento de filtro, em particular por uma malha perfurada. As aberturas da malha perfurada são dimensionadas de tal modo que, acima de tudo, contaminantes relativamente grossos que poderiam conduzir rapidamente a entupimento ou bloqueio da seção da região de sucção, são retidos de maneira confiável. Para aumentar resistência à corrosão, a malha perfurada é feita de uma liga de aço revestida com alumínio, ou similar.

O elemento de filtro pode ser arranjado na extremidade aberta do tubo de gás de descarga e se estender na direção do conector de saída. Mais precisamente, o elemento de filtro forma uma extensão arranjada no tubo de gás de descarga e que além da região de sucção circunda o conector de saída sobre toda a sua circunferência, na maneira de um colar.

É adicionalmente possível que o elemento de filtro afile na direção do conector de saída. O elemento de filtro aqui afila somente na extensão para regular contato recíproco entre o elemento de filtro e o conector de saída no caso de vibrações que ocorrem entre o conector de saída e o tubo de gás de descarga como resultado de operação.

É adicionalmente factível que o tubo de gás de descarga seja circundado por uma proteção a toque. A proteção a toque toma forma, em particular, de uma cobertura tubular que é ajustada ao longo do exterior do tubo de gás de descarga por meio de uma pluralidade de espaçadores. Para impedir superaquecimento do tubo de gás de descarga, a cobertura tubular pode compreender uma pluralidade de aberturas pelo menos na região de uma descarga, que permite circulação do ar presente entre o tubo de gás de descarga e a cobertura tubular.

O dispositivo de acordo com a invenção será descrito em maior detalhe abaixo com referência aos desenhos anexos, nos quais componentes de funções correspondentes ou comparáveis são rotulados com os mesmos numerais de referência. Nos desenhos:

A figura 1 é uma vista global em perspectiva de uma modalidade tomada como exemplo do dispositivo de acordo com a invenção para resfriar uma corrente de gás de descarga que emerge de um filtro para partículas de fuligem em um veículo utilitário agrícola, e

A figura 2 é uma vista em detalhe da modalidade tomada como exemplo mostrada na figura 1 do dispositivo de acordo com a invenção, em seção longitudinal.

A figura 1 é uma vista global, em perspectiva, de uma modalidade tomada como exemplo do dispositivo de acordo com a invenção para resfriar uma corrente de gás de descarga que emerge de um filtro para partículas de fuligem em um veículo utilitário agrícola na forma de um trator, a figura 2 reproduz uma vista em detalhe do dispositivo de acordo com a invenção, em seção longitudinal. O filtro para partículas de fuligem 16 acomodado juntamente

com o dispositivo 10 de acordo com a invenção em um compartimento de motor 12 do veículo utilitário agrícola 14 no presente caso assume a forma de um filtro de escoamento de parede convencional, o gás de descarga do motor produzido por um motor a diesel 18 do veículo utilitário agrícola 14 passando através de uma parede de filtro porosa de um material cerâmico ou metálico. No processo as partículas de fuligem contidas no gás de descarga do motor se tornam depositadas ao mesmo tempo na superfície e também dentro da parede de filtro do filtro para partículas de fuligem 16. Uma vez que a contrapressão do gás de descarga aumenta quando o grau de entupimento da parede do filtro aumenta, as partículas de fuligem depositadas são queimadas em intervalos regulares para regenerar o filtro para partículas de fuligem 16, para cuja finalidade a temperatura do gás de descarga do motor é aumentada de tempos a tempos até temperaturas acima de 5 OO0C utilizando um conversor catalítico de oxidação conectado a montante do filtro para partículas de fuligem 16.

Para resfriar a corrente de gás de descarga 20 que emerge do filtro para partículas de fuligem 16, o dispositivo 10, de acordo com a invenção, compreende um conector de saída 22 fornecido no filtro para partículas de fuligem 16 para transportar para fora a corrente de gás de descarga filtrada 20, o conector de saída 22 compreendendo uma região de bocal 24 que afila na direção da corrente de gás de descarga 20, cuja região se projeta para o interior de uma extremidade aberta 26 de um tubo de gás de descarga adjacente 28, de tal maneira que uma pressão reduzida relativa ao ambiente circundante 32 pode ser produzida em uma região de sucção 30 entre a conexão de saída 22 e o tubo de gás de descarga 28 na passagem da corrente de gás de descarga 20.

Mais precisamente, a pressão reduzida é produzida de acordo com o princípio Venturi, no qual a região de bocal 24 do conector de saída 22 se estende na maneira de um bocal para o interior da extremidade aberta 26 do tubo de gás de descarga 28. O ar ambiente 34 trazido para o interior do tubo de gás de descarga 28 devido à pressão reduzida, conduz o processo, dependendo da sua temperatura para resfriamento correspondente da corrente de gás de descarga 20.

O conector de saída 22 é conectado de maneira destacável a um flange de fixação 36 de um alojamento de filtro 38 circundada pelo filtro para partículas de fuligem 16. O flange de fixação 36 é um componente fixo do alojamento de filtro 38 e, como tal, é soldado, ou de outra maneira, firmemente conectado a ela. O conector de saída 22 compreende uma porção de fixação 40 que pode ser plugada sobre o flange de fixação 36, e que pode ser trazida para engate estanque a ar com o flange de fixação 36.

A conexão destacável entre o conector de saída 22 e o flange de fixação 36 do alojamento de filtro 38 é produzida por meio de um grampo elástico removível 42. O grampo elástico 42 aqui consiste de um aço inoxidável ou uma liga de aço apropriadamente tratada superficialmente. Quando ajustado, o grampo elástico 42 pega ao redor do conector de saída 22 na região da porção de fixação 40, de tal maneira que reduzindo a circunferência do grampo elástico 42 por meio de um parafuso de fixação 44, ou similar, uma conexão de fixação pode ser produzida entre o conector de saída 22 e o flange de fixação 36 do alojamento de filtro 38. Para melhorar a ação de fixação, o conector de saída 22 compreende uma pluralidade de abas de fixação 46 que se estendem transversalmente ao grampo elástico 42 na região da porção de fixação 40.

De acordo com uma configuração alternativa do dispositivo de acordo com a invenção 10, o conector de saída 22 é um componente fixo do alojamento de filtro 38 circundado pelo filtro para partículas de fuligem 16.

A região de sucção 30 assume a forma de um espaço anelar 48 que se estende radialmente entre o conector de saída 22 e o tubo de gás de descarga 28, de tal modo que ambos, o conector de saída 22 e o tubo de gás de descarga 28 têm uma seção transversal substancialmente circular, pelo menos, na região de sucção 30.

A relação entre um raio de saída Ra e um raio interior Rj do espaço anelar 48 tem um valor na faixa desde 1, 90 até 2,10. Preferivelmente, a quantidade do raio exterior Ra e o raio interior Ri, em cada caso levando em consideração tolerâncias convencionais na fabricação até respectivamente 60 mm e 29 mm, correspondendo a uma relação Ra/Ri dos dois raios de aproximadamente 2,07.

A região de bocal 24 do conector de saída 22 preferivelmente se estende sobre toda a sua circunferência a uma distância desde a extremidade aberta 26 do tubo de gás de descarga 28. A distância é selecionada de tal modo que no caso de vibrações que ocorrem entre o conector de saída 22 e o tubo de gás de descarga 28 como resultado de operação, a região de bocal 24 do conector de saída 22 pode mover dentro da extremidade aberta 26 do tubo de gás de descarga 28 sem tocar nele.

Desta maneira, desacoplamento mecânico abrangente dos dois componentes 22, 28 é conseguido.

Além disto, a região de sucção 30 é circundada por um elemento de filtro opcional 50 na forma de uma malha perfurada 52. As aberturas 54 na malha perfurada 52 são dimensionadas de tal modo que, acima de tudo, contaminantes relativamente grossos que poderiam conduzir rapidamente a entupimento ou bloqueio da região de sucção 30 sejam retidos de maneira confiável. Com esta finalidade o diâmetro das aberturas 54 é selecionado para ser menor do que a dimensão do espaço Ra - Ri da região de sucção 30. Para aumentar resistência à corrosão, a malha perfurada 52 é feita de uma liga de aço revestida de alumínio, ou similar.

O elemento de filtro 50 é arranjado na extremidade aberta 26 do tubo de gás de descarga 28 e se estende na direção do conector de saída 22. De maneira mais precisa, o elemento de filtro 50 forma uma extensão arranjada no tubo de gás de descarga 28 que além da região de sucção 30 circunda o conector de saída 22 sobre toda sua circunferência na maneira de um colar.

Em adição, o elemento de filtro 50 é afilado na direção do conector de saída 22. O elemento de filtro 50 afila somente na extensão em que regula contato recíproco entre o elemento de filtro 50 e o conector de saída 22 no caso de vibrações que ocorrem entre o conector de saída 22 e o tubo de gás de descarga 28, como resultado de operação.

De acordo com a figura 1, o tubo de gás de descarga 28 é circundado pelo menos em lugares por uma proteção a toque 56. A proteção a toque 56 assume a forma de uma cobertura tubular 58 que é ajustada ao longo do exterior do tubo de gás de descarga 28 por meio de uma pluralidade de espaçadores. Para impedir superaquecimento do tubo de gás de descarga 28, a cobertura tubular 58 compreende uma pluralidade de aberturas 62, pelo menos na região de uma descarga 60, o que permite circulação do ar presente entre o tubo de gás de descarga 28 e a cobertura tubular 58.

Embora o veículo utilitário agrícola 14 mostrado na figura 1 seja à guisa de exemplo um trator, é da mesma forma factível que o dispositivo 10 de acordo com a invenção seja utilizado com quaisquer outros veículos desejados motorizados com motor a diesel. Em adição, também pode ser utilizado em aplicações estacionárias, tal como, por exemplo, um gerador de energia com motor a diesel, ou similar.

Claims

1. Dispositivo para resfriar uma corrente de gás de descarga que emerge de um filtro para partículas de fuligem, caracterizado pelo fato de um conector de saída (22) fornecido no filtro para partículas de fuligem (16) para transportar para fora a corrente de gás de descarga (20), o conector de saída (22) compreendendo uma região de bocal (24) que afila na direção da corrente de gás de descarga (20), cuja região se projeta para o interior de uma extremidade aberta (26) de um tubo de gás de descarga adjacente (28) de tal maneira que uma pressão reduzida em relação ao ambiente circundante (32) pode ser produzida em uma região de sucção (30) entre o conector de saída (22) e o tubo de gás de descarga (28) na passagem da corrente de gás de descarga (20).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o conector de saída (22) ser conectado de maneira destacável com um flange de fixação (36) de um alojamento de filtro (38) circundado pelo filtro para partículas de fuligem (16).

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a conexão destacável entre o conector de saída (22) e o flange de fixação (36) do alojamento de filtro (38) poder ser produzido por meio de uma grampo elástico removível (42).

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o conector de saída (22) ser um componente fixo do alojamento de filtro (38) circundado pelo filtro para partículas de fuligem (16).

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a região de sucção (30) tomar a forma de um espaço anelar (48) que se estende radialmente entre o conector de saída (22) e o tubo de gás de descarga (28).

6. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a relação entre um raio exterior (Ra) e um raio interior (Ri) do espaço anelar (48) ter um valor na faixa desde 1,90 a 2,10.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de a região de bocal (24) do conector de saída (22) se estender através de toda sua circunferência a uma distância desde a extremidade aberta (26) do tubo de gás de descarga (28).

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a região de sucção (30) ser circundada por um elemento de filtro (50), em particular por uma malha perfurada (52).

9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de o elemento de filtro (50) ser arranjado na extremidade aberta (26) do tubo de gás de descarga (28) e se estender na direção do conector de saída (22).

10. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o elemento de filtro (50) ser afilado na direção do conector de saída (22).

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de o elemento de filtro (50) afilar na direção do conector de saída (22).

12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de o tubo de gás de descarga (28) ser circundado, pelo menos em lugares, por uma proteção a toque (56).

13. Veículo motorizado, em particular um veículo utilitário agrícola, caracterizado pelo fato de que tem um dispositivo (10) como definido em uma das reivindicações 1 a 12 para resfriar uma corrente de gás de descarga (20) que emerge de um filtro para partículas de fuligem (16).

14. Veículo motorizado de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de o dispositivo ser acomodado em um compartimento de motor (12).