BRPI1005802A2

BRPI1005802A2 - disposição para resfriamento de gases de exaustão recirculantes de um motor de combustao

Info

Publication number: BRPI1005802A2
Application number: BRPI1005802-8A
Authority: BR
Inventors: Zoltan Kardos; Erik Söderberg; Rolf Dybdal
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2020-08-18
Also published as: KR20110135968A; CN102341590B; KR101648866B1; SE0950150A1; EP2406486A1; US20110315130A1; US8960168B2; RU2478820C1; WO2010104452A1; EP2406486A4; CN102341590A; JP2012520420A; EP2406486B1; JP5284493B2; SE533508C2

Abstract

A presente invenção se refere a uma disposição para resfriamento de gases de exaustão recirculantes de um motor de combustão (2) em um veículo (1). A disposição compreende um primeiro refrigerador EGR (14), um meio de acionamento (15, 31) adaptado para acionar o ar através do primeiro refrigerador EGR (14) a fim de resfriar os gases de exaustão na linha de retorno (11) que são submetidos a uma primeira etapa de resfriamento no primeiro refrigerador EGR (14), e pelo menos um segundo refrigerador EGR (19, 20) no qual os gases de exaustão na Iinha de retorno (11) são destinados a passar por uma segunda etapa de resfriamento. A disposição compreende uma linha de ar (16) que se estende pelo menos a partir do primeiro refrigerador EGR (14) para o cano de exaustão (4) em uma localização entre a turbina (5) e o componente de tratamento de exaustão (18a, 18b), e que a linha de ar (16) é adaptada para levar ar quente do primeiro refrigerador EGR (14) para dentro da linha de exaustão (14) na dita localização.

Description

"DISPOSIÇÃO PARA RESFRIAMENTO DE GASES DE EXAUSTÃO RECIRCULANTES DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO" ANTECEDENTES DA INVENÇÃO, E ESTADO DA TÉCNICA A presente invenção se refere a uma disposição para resfriamento de gases de 5 exaustão recirculantes de um motor de combustão de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. A técnica chamada EGR (recirculação de gases de exaustão) é uma maneira conhecida de recircular parte dos gases de exaustão em uma linha de exaustão de um motor de combustão.

Os gases de exaustão recirculantes são levados através de uma linha 1O de retorno e misturados com o ar de entrada para o motor de combustão antes que a mistura seja levada aos cilindros do motor de combustão.

Adicionar gases de combustão no ar faz a temperatura de combustão menor resultar inter alia em um conteúdo reduzido de óxidos de nitrogênio NOx nos gases de exaustão.

Esta técnica é usada par motores Otto e para motores a diesel.

A quantidade de gases de exaustão que pode ser suprida em um motor de combustão depende da pressão e temperatura dos gases de exaustão.

Suprir uma quantidade de gases de exaustão tão grande quanto possível acarreta o resfriamento efetivo dos gases de exaustão antes de serem levados para o motor de combustão.

Uma prática conhecida é resfriar os gases de exaustão recirculantes em um ou mais refrigeradores EGR antes de serem levados para o motor de combustão.

Durante a operação de motores de combustão, por exemplo, motores a diesel, os gases de exaustão estarão a uma temperatura variando de 150ºC a 600ºC.

A temperatura dos gases de exaustão variará com a carga no motor de combustão, em casos onde o sistema de resfriamento do motor de combustão é usado para resfriar os gases de exaustão recirculantes, o sistema de resfriamento assim estará sujeito a altos picos de carga quando o motor de combustão estiver sob grande carga.

Em veículos pesados, o sistema de resfriamento do motor de combustão é comumente usado também para outras exigências de resfriamento no veículo, por exemplo resfriar o óleo de um retardador hidráulico.

Portanto é desejável reduzir a carga no sistema de resfriamento do motor de combustão.

US 2008/0256949 se refere a uma disposição para recirculação de gases de exaustão pela qual os gases de exaustão recirculantes sofrem uma primeira etapa de resfriamento em um refrigerador EGR resfriado a ar disposto em um espaço do motor do veículo.

Para este fim, um ventilador sopra um fluxo de ar de resfriamento através do refrigerador de EGR.

Os gases de exaustão recirculantes são depois disto submetidos a uma segunda etapa de resfriamento por refrigerante em um sistema de resfriamento de baixa temperatura.

Neste caso, o ar presente no espaço de motor é usado para submeter os gases de exaustão recirculantes a uma primeira etapa de resfriamento.

Quando os gases de exaustão recirculantes podem estar a uma temperatura muito alta, o ar local no espaço do motor pode ser aquecido a uma temperatura muito alta. A alta temperatura do ar pode causar dano a componentes próximos no espaço do motor. A linha de exaustão em um veículo normalmente compreende um ou mais componentes para pós-tratamento dos gases de exaustão antes de serem descarregados 5 no ar circundante. Tal componente pode ser um catalisador adaptado para remover óxidos de nitrogênio NOx dos gases de exaustão. No entanto, muitos tipos de catalisadores precisam estar a uma temperatura aceitável mais baixa para serem capazes de efetuar a remoção ótima de óxidos de nitrogênio NOx dos gases de exaustão. Um catalisador SCR (redução catalítica seletiva) exige, por exemplo, uma temperatura de cerca de 200ºC. Outro 1O componente para pós-tratamento dos gases de exaustão de motores a diesel é um filtro de partículas adaptado para interceptar e queimar partículas de fuligem nos gases de exaustão. O filtro de partículas precisa igualmente estar a uma temperatura aceitável mais baixa para funcionar de modo satisfatório. Em motores de combustão de supercompressão, os gases de exaustão são levados através de uma turbina. Após os gases de exaustão tiverem emitido energia na turbina, eles estarão a uma pressão reduzida e uma temperatura reduzida. Em certos estados de operação do motor de combustão, a temperatura dos gases de exaustão depois . da turbina pode ser tão baixa que o catalisador não pode manter uma temperatura aceitável mais baixa e efetuar a limpeza otimizada dos gases de exaustão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO O objetivo a presente invenção e propor uma disposição do tipo mencionado na introdução que compreende um refrigerador EGR refrigerado a ar em que o ar quente resultante do resfriamento dos gases de exaustão recirculante no primeiro refrigerador de EGR é utilizado de maneira a promover o tratamento de exaustão do motor de combustão. Este objetivo é alcançado com a disposição do tipo mencionado na introdução que é caracterizado pelos aspectos indicados na parte caracterizante da reivindicação 1. Com tal refrigerador EGR refrigerado a ar, a disposição pode efetuar uma boa primeira etapa de resfriamento dos gases de exaustão. Os gases de exaustão podem aqui ser resfriados para uma temperatura relativamente baixa antes de serem levados para o segundo refrigerador EGR. A carga no sistema de resfriamento que resfria os gases de exaustão recirculantes no segundo refrigerador EGR é desse modo reduzido de modo notável. Os gases de exaustão na linha de exaustão, assim, assumirão uma temperatura reduzida quando se expandirem através da turbina. Em certas situações de operação, a temperatura dos gases de exaustão depois da turbina pode cair a tal nível que eles não mantêm a temperatura aceitável mais baixa do componente de tratamento de exaustão. No entanto, os gases de exaustão recirculantes levados para dentro da linha de retorno estarão a uma temperatura mais alta, uma vez que eles são retirados da linha de exaustão em uma localização à montante da

. 3/10 turbina.

O ar que resfria os gases de exaustão recirculantes pode ser aquecido a uma temperatura próxima a temperatura dos gases de exaustão recirculantes.

Com um primeiro refrigerador EGR bem dimensionado, o ar pode ser aquecido a uma temperatura maior que a temperatura dos gases de exaustão na linha de exaustão à montante da turbina.

Levar 5 este ar quente para a linha de exaustão à jusante da turbina fornecerá um aquecimento aos gases de exaustão e uma temperatura elevada ao componente de tratamento de exaustão.

A maioria dos componentes de tratamento de exaustão exige uma temperatura aceitável mais baixa a fim de manter uma ação de tratamento de exaustão otimizada.

A temperatura elevada obtida para o componente de tratamento de exaustão pela presente invenção 1O resulta no componente de tratamento de exaustão sendo capaz de efetuar um tratamento de exaustão otimizado durante a maior parte do tempo de operação do motor de combustão.

Levar o ar quente para longe do espaço do motor, para dentro da linha de exaustão fornece a certeza que o ar no espaço do motor não será aquecido a tal nível que pudesse causar dano aos componentes sensíveis à temperatura no espaço do motor. 15 De acordo com uma modalidade da presente invenção, o meio de acionamento é um ventilador.

Um ventilador pode estar situado em uma localização adequada na linha de ar ou perto do primeiro refrigerador EGR.

O ventilador será dimensionado de modo a ser capaz de fornecer um fluxo de ar desejado através do primeiro refrigerador EGR e empurrar o ar para dentro da linha de exaustão.

Alternativamente, o meio de acionamento pode ser 20 um dispositivo de bomba ejetara situada no cano de exaustão perto da abertura de saída da linha de ar.

Por tal dispositivo de bomba ejetara, pode ser criada uma pressão negativa na linha de ar perto da linha de exaustão quando os gases de exaustão fluem através do dispositivo de bomba ejetara.

Assim é possível criar um fluxo de ar através do primeiro refrigerador EGR para dento da linha de exaustão. 25 De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a linha de ar compreende uma abertura de entrada pela qual o ar deverá ser retirado e levado para o refrigerador EGR de uma região com ar na temperatura dos arredores.

Os gases de exaustão recirculantes podem efetuar resfriamento muito bom seforem resfriados por ar na temperatura dos arredores.

A entrada da linha de ar pode estar situada em um alojamento 30 da roda do veículo.

Uma linha de ar relativamente curta pode, aqui, se deslocar do alojamento da roda para o primeiro refrigerador EGR.

Em tais casos, as aberturas de entrada das linhas de ar precisam ser cobertas por uma grelha ou similar para impedir partículas e sujeira de serem atraídas para a linha de ar.

O primeiro refrigerador EGR está situado com vantagem em um espaço do motor no veículo.

O ar estará a uma temperatura 35 elevada com relação ao ar circundante durante a operação do motor de combustão, mas pode ser usada para resfriamento aceitável dos gases de exaustão no primeiro refrigerador de EGR quando eles estão a uma temperatura significantemente maior que o ar no espaço do motor.

Neste caso, a linha de ar precisa somente se estender do primeiro refrigerador EGR para a dita localização na linha de exaustão.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o dito componente de tratamento de exaustão é um catalisador.

Os catalisadores precisam de uma temperatura 5 relativamente alta para seu melhor funcionamento.

Adicionando ar ocorre o aquecimento dos gases de exaustão na linha de exaustão à montante do catalisador resultando em uma temperatura de catalisador elevada e remoção otimizada de óxidos de nitrogênio durante uma maior parte do tempo de operação do motor de combustão.

Alternativamente, o componente de tratamento de exaustão pode ser um filtro de partículas.

Em motores a 1O diesel, partículas de fuligem são removidas dos gases de exaustão por filtros de partículas.

Para queimar as partículas de fuligem interceptadas no filtro de partículas, o filtro de partículas precisa estar a uma temperatura suficientemente alta.

Adicionar ar quente nos gases de exaustão na linha de exaustão à montante do filtro de partículas em combustão aumentada de partículas de fuligem interceptadas.

De acordo com outra modalidade da invenção, os gases de exaustão de recirculação são pretendidos para serem submetidos a uma segunda etapa de resfriamento no segundo refrigerador EGR por um refrigerante do sistema de resfriamento do motor de combustão, o sistema de resfriamento que resfria o motor de combustão é um sistema de resfriamento já existente que é também usado com vantagem para resfriar os gases de exaustão recirculante.

Durante a operação normal, o refrigerante no sistema de resfriamento do motor de combustão estará a uma temperatura de 80-1 OOºC.

Portanto é possível usar o refrigerante no sistema de resfriamento de motor de combustão para resfriar os gases de exaustão recirculantes a uma temperatura correspondente.

Quando os gases de exaustão recirculantes já tiverem sofrido uma primeira etapa de resfriamento no primeiro refrigerador EGR, o resultado neste caso é a carga relativamente moderada no sistema de resfriamento do motor de combustão.

Como o propósito primário deste sistema de resfriamento é resfriar o motor de combustão, não deve ser submetido a uma carga muito grande de outras funções de resfriamento, na medida em que isto poderia resultar em prejuízo do resfriamento do motor de combustão em tais circunstâncias.

De acordo com outra modalidade preferida da invenção, a disposição compreende um terceiro refrigerador EGR em que os gases de exaustão recirculantes são pretendidos a serem submetidos a uma terceira etapa de resfriamento por um refrigerante que estará a uma temperatura menor durante a operação do motor de combustão que o refrigerante no sistema de resfriamento do motor de combustão.

Quando o refrigerante no sistema de resfriamento do motor de combustão tem uma temperatura de operação de 80-100ºC, os gases de exaustão podem somente ser resfriados a uma temperatura próxima à temperatura do refrigerante no segundo refrigerante EGR.

É frequentemente desejável

.. 5/10 resfriar os gases de exaustão a uma temperatura mais baixa. Para este fim, os gases de exaustão recirculantes podem ser resfriados em um terceiro refrigerador EGR por um refrigerante em um sistema de refrigeração de baixa temperatura em que o refrigerante está a uma temperatura mais baixa que o refrigerante no sistema de resfriamento do motor de 5 combustão. Tal sistema de resfriamento de baixa temperatura pode compreender um elemento radiador em que o refrigerante no sistema de resfriamento é resfriado por ar na temperatura dos arredores. O refrigerante no sistema de resfriamento de baixa temperatura pode assim assumir uma temperatura próxima da temperatura dos arredores. Os gases de exaustão podem assim ser resfriados a uma temperatura relativamente baixa antes de 1O serem misturados com ar e levados ao motor de combustão. Alternativamente, os gases de exaustão podem passar por uma terceira etapa de resfriamento em um terceiro refrigerador EGR que é resfriado a ar, assim eles são, com vantagem, resfriados por ar na temperatura dos arredores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 15 As modalidades preferidas da invenção são descritas abaixo por meio de exemplos com referência aos desenhos anexos, em que: a Figura 1 representa uma disposição para resfriamento de gases de exaustão recirculantes de um motor a diesel de acordo com uma primeira modalidade da invenção, a Figura 2 representa uma disposição para resfriamento de gases de exaustão 20 recirculantes de um motor a diesel de acordo com uma segunda modalidade da invenção, e a Figura 3 representa o dispositivo de bomba ejetora na Figura 2 em maiores detalhes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO A Figura 1 representa uma disposição para um motor de combustão de . 25 supercompressão que é pretendido para acionar um veículo esquematicamente representado 1. O motor de combustão é, aqui, simplificado como um motor a diesel 2. O motor a diesel 2 pode ser pretendido para acionar um veículo pesado 1. Os gases de exaustão dos cilindros do motor a diesel 2 são levados por meio de uma tubulação de exaustão 3 para uma linha de exaustão 4. O motor a diesel 2 é fornecido com uma unidade 30 turbo que compreende uma turbina 5 e um compressor 6. Os gases de exaustão na linha de exaustão 4, que estarão acima da pressão atmosférica, são levados inicialmente para a turbina 5. A turbina 5 é assim fornecida com energia de acionamento que é transferida, por meio de uma conexão, ao compressor 6. O compressor 6 usa esta energia para comprimir ar que é retirado da linha de entrada de ar 8 por meio de um filtro de ar 7. O ar é resfriado 35 no primeiro refrigerador de ar de carga 9 por refrigerante do sistema de resfriamento do motor de combustão. O ar comprimido é depois disto resfriado em um segundo refrigerador de ar de carga resfriado por refrigerante 1O. O ar é resfriado no segundo refrigerador de ar

• 6/10 de carga 10 por refrigerante de um sistema de resfriamento de baixa temperatura.

A disposição compreende uma linha de retorno 11 para efetuar a recirculação de parte dos gases de exaustão na linha de exaustão 4. A linha de retorno 11 tem uma extensão da linha de exaustão 1 em uma localização à montante da turbina 5 para a linha 5 de entrada 8. A linha de retorno 11 compreende uma válvula EGR 12 pela qual o fluxo de exaustão na linha de retorno 11 pode ser interrompido.

A válvula EGR 12 pode também ser usada para controlar de maneira contínua a quantidade de gases de exaustão que é levada da linha de exaustão 4 para a linha de entrada 8 por meio da linha de retorno 11. Uma unidade de controle 13 é adaptada para controlar a válvula EGR 12 com base na informação 1O sobre o estado de operação corrente do motor a diesel 2. A linha de retorno 11 compreende um primeiro refrigerador EGR resfriado a ar 14 adaptado para submeter os gases de exaustão a uma primeira etapa de resfriamento.

Um ventilador 15 é usado para acionar um fluxo de ar através do primeiro refrigerador EGR 14. O ventilador 15 é aplicado em uma linha de ar 16. A linha de ar 16 tem uma abertura de entrada 16a em um alojamento da roda 15 17 do veículo 1 e uma abertura de saída 16b na linha de exaustão 4 em uma localização à jusante da turbina 5 e à montante de um silencioso 18. O silencioso 18 compreende componentes de tratamento de exaustão na forma de um catalisador 18a adaptado para remover óxidos de nitrogênio dos gases de exaustão e um filtro de partículas 18b adaptado para remover partículas de ferrugem dos gases de exaustão recirculantes.

Os gases de 20 exaustão na linha de retorno 11 são depois disto resfriados em um segundo refrigerador EGR 19 por refrigerante do sistema de resfriamento do motor de combustão.

Os gases são finalmente resfriados em um terceiro refrigerador EGR 20 por refrigerante do sistema de resfriamento de baixa temperatura.

O motor de combustão 2 é resfriado em uma maneira convencional por um sistema 25 de resfriamento que contém um !refrigerante circulante.

O refrigerante no sistema de resfriamento é circulado por uma bomba de refrigerante 21. Um fluxo principal do refrigerante é circulado através do motor de combustão 2. Depois que o refrigerante resfriou o motor de combustão 2, é levado por meio de uma linha 232 para um termostato 23 no sistema de resfriamento, quando o refrigerante atingiu uma temperatura de operação 30 normal, o termostato 23 é adaptado para levá-lo ao radiador 24 a fim de ser resfriado.

O radiador 24 é encaixado em uma parte dianteira do veículo 1. Uma parte menor do refrigerante no sistema de resfriamento, contudo não é levada de volta ao motor de combustão 2, mas é circulada através de uma linha 25 que divide em duas linhas paralelas 25a, 25b.

A linha 25a leva o refrigerante para o primeiro refrigerador de ar de carga 9, no 35 qual submete o ar comprimido a uma primeira etapa de resfriamento.

O primeiro refrigerador de ar de carga 9 assume a forma de um permutador de calor de contrafluxo.

O ar comprimido e o refrigerante assim fluem em direções opostas através do primeiro

. refrigerador de ar de carga 9. Isto torna possível que o ar comprimido seja resfriado a uma temperatura perto da temperatura de entrada do refrigerante no primeiro refrigerador de ar de carga 9. A linha 25b leva o refrigerante para o segundo refrigerador EGR 19, no qual submete os gases de exaustão de recirculação a uma primeira etapa de resfriamento. O 5 segundo refrigerador EGR 19 assume a forma de um permutador de calor de contrafluxo. Os gases de exaustão recirculantes e o refrigerante assim fluem em direções opostas através do segundo refrigerador EGR 19. Isto torna possível que gases de exaustão recirculantes sejam resfriados a uma temperatura perto da temperatura de entrada de refrigerante no segundo refrigerador EGR 19. O refrigerante que resfriou o ar no primeiro 1O refrigerador de ar de carga 9 e o refrigerante que resfriou os gases de exaustão no segundo refrigerador EGR 19 são reunidos na linha 25, que leva o refrigerante de volta para a linha

22. O refrigerante quente é levado por meio da linha 22 para o radiador 24. O sistema de resfriamento de baixa temperatura compreende um elemento de radiador 26 encaixado na frente do radiador 24 em uma região periférica do veículo 1. Neste 15 caso, a região periférica está situada em uma parte dianteira 1a do veículo 1. Um ventilador de radiador 27 é adaptado para gerar um fluxo de ar circundante através do elemento do radiador 26 e do radiador 24. Quando o elemento do radiador 26 está situado na frente do radiador 24, o refrigerante no elemento do radiador 26 pode assim ser resfriado a uma temperatura perto da temperatura dos arredores. O refrigerante frio do elemento do radiador 20 26 é circulado no sistema de resfriamento de baixa temperatura em uma linha 28 por uma bomba 29. A linha 28 se divide em duas linhas paralelas 28a, 28b. A linha 28a leva o refrigerante para o segundo refrigerador de ar de carga 1O, no qual submete o ar comprimido a uma segunda etapa de resfriamento. O refrigerador de ar de carga 1O assume a forma de um permutador de calor de contrafluxo. Isto torna possível que o ar comprimido 25 seja resfriado a uma temperatura perto da temperatura de entrada do refrigerante no segundo refrigerador de ar de carga 1O. A linha 28b leva o refrigerante para o terceiro refrigerador EGR 20,. no qual submete os gases de exaustão a uma segunda etapa de resfriamento. O terceiro refrigerador EGR 20 igualmente assume a forma de um permutador de calor de contrafluxo. Isto torna possível que os gases de exaustão recirculantes sejam 30 resfriados a uma temperatura perto da temperatura de entrada do refrigerante no terceiro refrigerador EGR 20. Depois que o refrigerante passou através do segundo refrigerador de ar de carga 10 e o terceiro refrigerador EGR 20, as linhas 28a, 28b se reúnem. O refrigerante é depois disto levado pela linha 28 para o elemento do radiador 26 a fim de ser ·resfriado. 35 Durante a operação do motor a diesel 2, os gases de exaustão fluem para fora do motor a diesel 2 na linha de exaustão 4. Durante a maioria dos estados de operação do motor a diesel 2, a unidade de controle 13 mantém aberta a válvula EGR 12 de modo que parte dos gases de exaustão na linha de exaustão 4 é levada para a linha de retorno 11 . Os gases de exaustão levados para dentro da linha de retorno 11 normalmente estarão a uma temperatura dentro da faixa de 150ºC-600ºC dependendo do estado de operação do motor a diesel.

Os gases de exaustão recirculantes na linha de retorno 11 são submetidos a uma 5 primeira etapa de resfriamento no primeiro refrigerador EGR 14 por ar retirado pelo ventilador 15 dentro da linha de ar 16 por meio da abertura de entrada 16a do alojamento da roda 17. A abertura de entrada 16a é fornecida com uma grelha ou similar para impedir a sujeira e partículas de serem aspiradas para dentro da linha de ar16. O ar aspirado para dentro da linha de ar 16 do alojamento de roda estará substancialmente na temperatura dos arredores.

O ventilador aciona o ar através do primeiro refrigerador EGR 14. Os gases de exaustão recirculantes podem, por exemplo, ser resfriados pelo ar de modo que estarão a uma temperatura de cerca de 150ºC-200ºC quando deixam o primeiro refrigerador EGR 14. O ar que resfria os gases de exaustão recirculantes no primeiro refrigerador EGR 14 sofre um aquecimento correspondente.

O ar pode, aqui, ser aquecido a uma temperatura perto da temperatura que os gases de exaustão recirculantes estão quando são levados para dentro do primeiro refrigerador EGR 14. O ar quente é levado para fora da linha de ar 16 por meio de uma abertura de saída 16b situada na linha de exaustão 4 em uma localização à jusante da turbina 5 e à montante do silencioso 18 que compreende o catalisador 18a e o filtro de partículas 18b.

Depois que os gases de exaustão se expandiram na turbina 5, apresentarão uma temperatura reduzida.

A temperatura dos gases de exaustão na linha de exaustão à jusante da turbina 5 estará assim significantemente mais baixa que a temperatura do ar quente na linha de ar 16. O ar quente levado para a linha de exaustão 4 aquece os gases de exaustão na linha de exaustão 4 de modo que os gases de exaustão estarão a uma temperatura elevada quando atingirem o catalisador 18a e o filtro de partículas 18b.

Adicionar o ar quente resulta assim em uma temperatura de operação elevada do catalisador 18a e do filtro de partículas 18b.

Os catalisadores 18a e os filtros de partículas 18b terão reduzido a capacidade para tratar gases de exaustão quando a temperatura de operação cair abaixo de um valor de temperatura mais baixa aceitável.

Adicionar ar quente na linha de exaustão 4, portanto, eleva a temperatura de operação no catalisador 18a e no filtro 18b, fazendo com que suas temperaturas de operação fiquem menos frequentemente abaixo do valor de temperatura mais baixa aceitável.

Depois que os gases de exaustão recirculantes foram resfriados no primeiro refrigerador EGR 14, eles são levados para o segundo refrigerador EGR 19, no qual são resfriados pelo refrigerante a partir do sistema de resfriamento do motor de combustão.

Assim o refrigerante, aqui, estará normalmente a uma temperatura dentro da faixa de 80ºC- 100ºC.

Os gases de exaustão recirculantes podem, portanto, ser resfriados a uma temperatura em torno de 100ºC-120ºC no segundo refrigerador EGR 19. Os gases de exaustão recirculantes são levados finalmente ao terceiro refrigerador EGR 20, no qual são submetidos a uma terceira etapa de resfriamento por refrigerante do sistema de resfriamento de baixa temperatura.

O elemento de radiador 26 no sistema de resfriamento de baixa temperatura é resfriado por ar na temperatura dos arredores que é acionado 5 através do elemento de radiador 26 pelo ventilador de radiador 27. O refrigerante no sistema de resfriamento de baixa temperatura pode assim estar a uma temperatura perto da temperatura dos arredores quando é levado para dentro do terceiro refrigerador EGR 20. Os gases de exaustão recirculantes podem, portanto ser resfriados a uma temperatura perto da temperatura dos arredores no terceiro refrigerador EGR 20 antes de serem misturados com 1O o ar comprimido que terá sido resfriado a uma temperatura correspondente nos refrigeradores de ar de carga 9, 10. A mistura resfriada de gases de exaustão e ar é levada para o motor a diesel 2. Em situações de operação onde o motor a diesel 2 está sob grande carga, necessita-se de um bom resfriamento.

Os gases de exaustão estarão também normalmente a uma temperatura alta em tais situações.

O resfriamento inicial dos gases de 15 exaustão recirculantes pelo primeiro refrigerador EGR 14 reduz a temperatura dos gases de exaustão substancialmente antes de serem levados para o segundo refrigerador EGR 19, no qual eles são submetidos a uma segunda etapa de resfriamento pelo refrigerante no sistema de resfriamento do motor de combustão.

Com tal primeiro refrigerador EGR 14, a carga no sistema de resfriamento comum do motor de combustão e no sistema de resfriamento de 20 baixa temperatura, pode ser consideravelmente reduzida.

O primeiro refrigerador EGR 14 é montado no motor de combustão 2 ou no chassi em um espaço do motor 30 no veículo 1. O ar quente que sobe quando os gases de exaustão são resfriados no primeiro refrigerador EGR 14 é levado para fora do espaço do motor 30, por meio de uma linha de ar 16 e a linha de exaustão 4. Portanto não existirá risco da temperatura no espaço do motor 30 se tornar 25 tão alta de modo a causar dano aos componentes sensíveis à temperatura no espaço do motor.

A Figura 2 representa uma modalidade alternativa da disposição para resfriar os gases de exaustão recirculantes.

Neste caso, um dispositivo de bomba ejetara 31 é usado para retirar ar através de uma linha de ar 16 e um primeiro refrigerador EGR 14. Neste caso, 30 o ar é sugado de uma região em uma parte dianteira 1a do veículo 1. A linha de ar 16 compreende uma grelha ou similar na abertura de entrada 16a para impedir que sujeira e partículas sejam aspiradas para dentro da linha de ar 16. Depois que o ar tiver passado através do primeiro refrigerante EGR 14 e sido submetido a gases de exaustão recirculantes para uma primeira etapa de resfriamento, o ar quente é levado para dentro da linha de 35 exaustão 4 em uma localização à jusante da turbina 5 e à montante do silencioso 18. A Figura 3 mostra, com mais detalhes, como o dispositivo de bomba ejetara 31 pode ser configurado.

A linha de exaustão 4 à jusante e à montante do dispositivo de bomba ejetara l

• • 31 tem uma área de seção transversal interna substancialmente constante A1. O dispositivo de bomba ejetara 31 compreende um bocal 31 a que define uma seção transversal diminuindo progressivamente para os gases de exaustão quando fluem através do dispositivo de bomba ejetara 31. O bocal 31a tem uma abertura de saída para os gases de 5 exaustão que tem uma área de seção transversal A2 que é consideravelmente menor que a área de seção transversal A 1 da linha de exaustão à montante do dispositivo de bomba ejetara 31. A linha de ar 16 é conectada ao dispositivo de bomba ejetara 31 por meio da abertura de saída 16b situada em uma localização radialmente externa da abertura de saída do bocal 31a.

A abertura de saída leva a uma região de baixa pressão 31b do dispositivo de 1O bomba ejetara 31. O dispositivo de bomba ejetara 31 compreende, em uma localização à jusante do bocal 31a, uma parte convergente 31c com uma área de seção transversal A3 que diminui na direção de fluxo de exaustão.

O dispositivo de bomba ejetara 31 compreende finalmente uma parte divergente 31d com uma área de seção transversal crescente A 4 na direção de fluxo de exaustão.

À jusante da parte divergente 31d, a linha de exaustão 4 volta 15 a ter sua área de seção transversal interna original A1. Quando atingem o dispositivo de bomba ejetara 31, os gases de exaustão na linha de exaustão 4 adquirem uma velocidade aumentada quando fluem através do bocal 31a, que assim define uma seção de fluxo com uma área de seção transversal decrescente.

Os gases de exaustão, assim, terão uma velocidade aumentada quando deixarem o bocal 31a. 20 A pressão estática baixa em uma região de baixa pressão 31 b está situada em torno do bocal 31 a.

A baixa pressão estática resulta no ar sendo aspirado para dentro da região de baixa pressão 31 b a partir da linha de ar 16 por meió da abertura de saída 16b situada radialmente externa ao bocal 31a.

O ar aspirado para dentro da região de baixa pressão 31b é conduzido pelo fluxo de exaustão para dentro da seção convergente 31 c do dispositivo de 25 bomba ejetara 31. Na seção convergente 31 c, o ar adquire um aumento de velocidade.

O aumento de velocidade na seção convergente 31c ainda aumenta a capacidade de sugar o ar através da linha de ar 16 e do refrigerador EGR 14. A velocidade dos gases de exaustão e do ar diminui depois disto na seção divergente 31d do dispositivo de bomba ejetara 31. Depois disto, a mistura de gases de exaustão e ar quente deixa o dispositivo de bomba 30 ejetara 31 e prossegue na linha de exaustão 4, que tem a área de seção transversal A 1, para o silencioso 18. Neste caso, os gases de exaustão recirculantes são, assim, submetidos a uma primeira etapa de resfriamento no primeiro refrigerador EGR 14 por ar aspirado para a linha de ar 16 por meio da abertura de entrada do bocal 31 a na parte dianteira 1a do veículo por um dispositivo de bomba ejetara 31. Em outros aspectos esta modalidade corresponde 35 àquela representada na Figura 1. A invenção não é limitada, de nenhuma maneira, às modalidades descritas acima, mas pode ser variada livremente dentro dos escopos das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 . Disposição para resfriamento de gases de exaustão recirculantes de um motor de combustão (2) em um veículo (1 ), tal que o motor de combustão compreende uma linha de exaustão (4) adaptada para levar os gases de exaustão para fora do motor de combustão 5 (2), uma turbina (5) disposta na linha de exaustão (4), um componente de tratamento de exaustão (18a, 18b) disposto na linha de exaustão (4) em uma localização à jusante da turbina (5) com relação à direção de fluxo de exaustão pretendida na linha de exaustão (4), e uma linha de retorno (11) adaptada para recircular parte dos gases de exaustão na linha de exaustão (4) a partir de uma localização à montante da turbina (5) para o motor de combustão (2), e tal que a disposição compreende um primeiro refrigerador EGR (14), um meio de acionamento (15, 31) adaptado para acionar o ar através do primeiro refrigerador EGR ( 14) a fim de resfriar os gases de exaustão na linha de retorno ( 11) que são submetidos a uma primeira etapa de resfriamento no primeiro refrigerador EGR (14), e pelo menos um segundo refrigerador EGR (19, 20) no qual os gases de exaustão na linha de retorno (11) são destinados a passar por uma segunda etapa de resfriamento, CARACTERIZADA pelo fato de que a disposição compreende uma linha de ar (16) que se estende pelo menos a partir do primeiro refrigerador EGR (14) para o cano de exaustão (4) em uma localização entre a turbina (5) e o componente de tratamento de exaustão (18a, 18b ), e que a linha de ar (16) é adaptada para levar ar quente do primeiro refrigerador EGR (14) para dentro da linha de exaustão (14) na dita localização, e que o primeiro refrigerador EGR (14) é dimensionado de modo que o ar é aquecido nele a uma temperatura maior que a temperatura nos gases de exaustão na linha de exaustão à jusante da turbina (5).

2. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o meio de acionamento é um ventilador (15) disposto em ou perto a linha de ar (16).

3. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o meio de acionamento é um dispositivo de bomba ejetara (31) disposto no cano de exaustão (4) na dita localização perto de uma abertura de saída (16b) da linha de ar (16).

4. Disposição, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a linha de ar (16) compreende uma abertura de entrada (16a) pela qual o ar é pretendido para ser aspirado e levado para o refrigerador EGR (14) a partir de uma região com ar na temperatura dos arredores.

5. Disposição, de acordo com a reivindicação 4 CARACTERIZADA pelo fato de que a entrada de linha de ar (16a) está situada em um alojamento de roda (17) do veículo.

6. Disposição, de acordo com a reivindicação 4 CARACTERIZADA pelo fato de que a entrada de linha de ar (16a) está situada em uma parte dianteira (1a) do veículo.

7. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito componente de tratamento de exaustão é um catalisador (18a).

8. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito componente de tratamento de exaustão é um filtro de partículas ( 18b)

9. Disposição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que os gases de exaustão recirculantes são destinados a passar por uma segunda etapa de resfriamento no segundo refrigerador EGR (19) por refrigerante do sistema de resfriamento do motor de combustão.

10. Disposição, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de 1O que a disposição compreende um terceiro refrigerador EGR (33, 36) no qual os gases de exaustão recirculantes são destinados a passar por uma terceira etapa de resfriamento por refrigerante, que durante a operação normal do motor de combustão estará a uma temperatura menor que a do refrigerante no sistema de resfriamento do motor de combustão.

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