PT1649149E - Bloco para a filtragem de patículas contidas nos gases de escape dum motor de combustão interna - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

BLOCO PARA A FILTRAGEM DE PARTÍCULAS CONTIDAS NOS GASES DE ESCAPE DUM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA A invenção diz respeito a um corpo formado pela montagem duma pluralidade de blocos, utilizados nomeadamente para a filtragem de partículas contidas nos gases de escape dum motor de combustão interna, em particular do tipo diesel.

Classicamente, antes de serem evacuados para o ar livre, os gases de escape podem ser purificados por meio dum filtro de partículas tal como aquele representado nas figuras 1 e 2, conhecido da técnica anterior, tal como segundo a EP 1 142 613 A.

Um filtro de partículas 1 está representado na figura 1 em corte transversal segundo o plano de corte B-B representado na figura 2, e sobre a figura 2 em corte longitudinal segundo o plano de corte A-A representado na figura 1. 0 filtro de partículas 1 comporta classicamente pelo menos um corpo filtrante 3, inserido num invólucro metálico 5. 0 corpo filtrante 3 resulta da montagem e da usinagem duma pluralidade de blocos 11, referenciados lla-lli, produzidos por extrusão duma matéria cerâmica (cordierite, carboneto de silício...) de maneira a formar estruturas porosas em ninho de abelha.

Antes da montagem e usinagem, um bloco 11 (ver figura 3) tem classicamente a forma dum paralelepípedo rectângulo estendendo-se segundo um eixo D-D entre duas faces a montante 12 e a jusante 13 sensivelmente quadradas sobre as quais desembocam uma pluralidade de canais 14 de secção quadrada, rectilíneos, paralelos ao eixo D-D. 0 conjunto das faces exteriores 15 dos canais localizadas na periferia do bloco 11, ou "canais periféricos" 13p, forma uma superfície exterior 16 do bloco 11 (ver figura 3). Pelo facto 1 da secção transversal sensivelmente quadrada do bloco 11, a superfície exterior 16 comporta quatro faces 16a-16d, perpendiculares duas a duas.

Após extrusão, os blocos 11 são alternativamente tapados sobre a face de montante (canais de saída 14s) ou sobre a face de jusante (canais de entrada 14e) , como isso é bem conhecido.

Os blocos lla-lli são então montados entre eles por colagem por meio de juntas 17 em cimento cerâmico geralmente constituído de silício e/ou de carboneto de silício e/ou de nitrato de alumínio. A montagem assim constituída pode ser em seguida usinada para tomar, por exemplo, uma secção redonda. Resulta disso um corpo filtrante 3 cilíndrico de eixo C-C que pode ser inserido no invólucro 5, uma junta periférica 18, estanque aos gases de escape, sendo disposta entre os blocos filtrantes exteriores lla-llh e o invólucro 5.

Como indicam as setas representadas na figura 2, o fluxo F dos gases de escape entram no corpo filtrante 3 por canais de entrada 14e, atravessam as paredes filtrantes 20 destes canais para atingir os canais de saída 14s, depois escapam-se para o exterior.

Depois dum certo tempo de utilização, as partículas, ou «fuligens», acumuladas nos canais de entrada 14e do corpo filtrante 3 alteram os desempenhos do motor. Por esta razão, o corpo filtrante 3 deve ser regenerado regularmente, por exemplo todos os 500 quilómetros. A regeneração ou «descolmatagem», consiste em oxidar as fuligens aquecendo-as até uma temperatura permitindo a sua inflamação.

Durante as fases de regeneração, os gases de escape transportam para jusante todo a energia calorífica libertada pela combustão das fuligens. Além disso, as fuligens não se depositando uniformemente nos diferentes canais, as zonas de 2 combustão não são uniformemente repartidas no corpo filtrante 3. Enfim, as zonas periféricas do corpo filtrante 3 são arrefecidas, através do invólucro metálico 5, pelo ar circundante.

Resulta daí que a temperatura difere segundo as zonas do corpo filtrante 3 e não variam uniformemente. A homogeneidade das temperaturas no seio do corpo filtrante 3 e as diferenças de natureza dos materiais utilizados para os blocos filtrantes lla-lli por um lado e para as juntas 17 por outro lado, originam constrangimentos locais de fortes amplitudes podendo conduzir a rupturas ou a fissuras locais. Em particular, os constrangimentos locais nas interfaces entre os blocos lla-llh e o invólucro 5, e entre os blocos lla-lli e as juntas 17, podem conduzir a um descolamento dos blocos lla-lli diminuindo assim a duração de vida do filtro de partículas 1. A finalidade da invenção é fornecer um novo corpo filtrante apto a diminuir esse risco de descolamento.

Atinge-se esta finalidade por meio dum corpo filtrante destinado nomeadamente à filtragem de partículas contidas nos gases de escape dum motor de combustão interna, o dito corpo filtrante sendo formado por colagem de blocos filtrantes por meio duma junta, notável por uma superfície exterior dum primeiro dos ditos blocos, em frente dum segundo dos ditos blocos e em contacto com a dita junta, comportar pelo menos uma irregularidade do tipo bossa e/ou concavidade.

Como se verá mais em detalhe no seguimento da descrição, a presença de irregularidades sobre a superfície exterior dum bloco favorece a adesão das juntas 17 e limita portanto o risco de descolamento em caso de constrangimentos termo-mecânicos elevados.

Segundo outras características preferidas da invenção, 3 eixo a dita irregularidade estende-se segundo o longitudinal do dito bloco sobre todo o comprimento do dito primeiro bloco, o que, vantajosamente, permite a sua formação quando da extrusão; a dita irregularidade é uma concavidade levada por uma face exterior dum canal de saída dos ditos gases disposto na periferia do dito primeiro bloco; a dita irregularidade é uma concavidade preparada na espessura duma parede exterior dum canal disposto na periferia do dito primeiro bloco filtrante, o que, vantajosamente permite uma diminuição da quantidade de matéria, necessária para fabricar o bloco; a dita irregularidade é uma bossa levada por uma face exterior dum canal de entrada dos ditos gases disposto na periferia do dito primeiro bloco filtrante, o que, vantajosamente, permite aumentar o volume interior desses canais de entrada e portanto a sua capacidade de armazenamento das fuligens; a largura da dita irregularidade, medida num plano transversal do dito primeiro bloco é sensivelmente igual à largura da dita face exterior do dito canal; a dita superfície exterior comporta uma pluralidade das ditas irregularidades regularmente espaçadas uma das outras; em corte transversal, pelo menos uma porção da dita superfície exterior do dito primeiro bloco apresenta uma forma sinusoidal; 4 - a dita irregularidade é conformada de maneira a poder ser alojada num irregularidade de forma complementar do dito segundo bloco; - a dita irregularidade é uma concavidade preparada na espessura duma parede exterior dum canal disposto na periferia do dito primeiro bloco. A descrição que se segue, feita com referência aos desenhos anexos, permitirá compreender melhor e apreciar as vantagens da invenção. Nesses desenhos: - a figura 1 representa um filtro de partículas segundo a técnica anterior, em corte transversal segundo o plano de corte transversal B-B representado na figura 2; - a figura 2 representa o mesmo filtro de partículas, segundo o plano de corte longitudinal A-A representado na figura 1; - a figura 3 representa em perspectiva um bloco podendo ser utilizado para fabricar um corpo filtrante segundo a invenção,· - as figuras 4 e 5 representam, em corte transversal segundo o plano P representado na figura 3, os detalhes do bloco representado na figura 3; - as figuras 6 e 7 representam em corte transversal detalhes de blocos segundo diferentes variantes da invenção.

Nas figuras, não limitativas, os diferentes elementos não são necessariamente representados na mesma escala. Referências idênticas foram utilizadas nas diferentes figuras para designar elementos idênticos ou similares. 5

As figuras 1 e 2 tendo sido descritas no preâmbulo, reportamo-nos à figura 3, igualmente parcialmente descrita acima.

Segundo a invenção, as primeira e segunda faces 16a e 16b da superfície exterior 16 do bloco filtrante 11 comportam primeira e segunda irregularidades 30a e 30b, respectivamente, que se estendem segundo o eixo longitudinal D-D do bloco 11. De preferência as irregularidades 30a e 30b têm um comprimento «L» igual ao do bloco 11 e estendem-se, desde a face de montante 12 até à face de jusante 13, sobre faces exteriores 32a e 32b de canais periféricos 14a e 14b, respectivamente. A irregularidades 30a e 30b, representadas em corte nas figuras 4 e 5, respectivamente, são uma bossa e uma ranhura, respectivamente. A largura «1» destas irregularidades é sensivelmente a das faces exteriores 32a e 32b dos canais periféricos 14a e 14b, respectivamente. As irregularidades 30a e 30b são dispostas num só canal, 14a e 14b, respectivamente. A altura «h» das irregularidades 30a e 30b pode ser qualquer. De preferência, a altura «h» é inferior à espessura local das paredes exteriores 34a e 34b dos canais periféricos 30a e 30b sobre as faces exteriores 32a e 32b dos quais as irregularidades 30a e 30b se estendem, respectivamente.

De preferência, a espessura «e» das paredes exteriores dos canais periféricos formando a bossa 30a e/ou a ranhura 30b é sensivelmente constante e sensivelmente igual à espessura «e'» das paredes exteriores dos canais periféricos adj acentes.

De preferência, a espessura «e» nunca é nula, quer dizer que a irregularidade não cria uma abertura lateral do ou dos canais periféricos sobre os quais ela é arranjada. 6 A bossa 30a apresenta-se então como uma deformação para o exterior da parede exterior 34a do canal 14a (figura 4) . Resulta daí vantajosamente para o canal 14a um aumento do volume interior útil.

Depois de cada regeneração, as cinzas acumulam-se nos canais de entrada, o que limita o seu rendimento ulterior e limita a duração de utilização do bloco filtrante antes da regeneração seguinte. É portanto preferível, para prolongar a duração de vida do filtro, que o canal 14a seja um canal de entrada, quer dizer um canal pelo qual os gases a filtrar são introduzidos no bloco filtrante 11.

De preferência a ranhura 30b estende-se sobre um canal 14b de saída (figura 5) . Vantajosamente, evita-se assim um perda de volume dum canal de entrada.

Por outro lado, a diminuição do volume dum canal de saída periférico permite adapta-lo aos volumes de gás filtrado reduzidos que ele recebe. Com efeito, um canal de saída periférico não recebe gás filtrado pela sua ou suas face(s) em contacto com as juntas 17. Ele recebe portanto um volume de gás mais fraco que os canais dispostos no interior do bloco filtrante, ou «canais interiores», cujas quatro faces são filtrantes. A ranhura 30b tal como representada na figura 5 conduz a uma redução da secção do canal de saída periférico 14b e permite vantajosamente uma homogeneização, entre os diferentes canais de saída, das relações entre a secção dum canal e o volume de gás que ele é susceptível de receber. O escoamento do fluxo gasoso através do bloco filtrante é facilitada e a perda de carga reduzida.

Para melhorar ainda a aderência da junta 17 sobre a superfície exterior 16 do bloco 11, as superfícies exteriores da bossa 30a e/ou da ranhura 30b podem elas mesmas apresentar micro-rugosidades 36a e 36b, respectivamente. 7

Como representado na figura 6, uma ranhura 30b' pode ainda resultar duma diminuição local de espessura «e» duma parede exterior 34b' dum canal 14b'. Vantajosamente, a quantidade de matéria necessária para fabricar o bloco filtrante 11 é assim reduzida. Por outro lado, este modo de realização permite preparar ranhuras sobre canais de entrada 14a' sem diminuição do volume interior destes canais. O número de irregularidade 30a e 30b não é limitado. Num modo de realização da invenção, bossas 30a e ranhuras 30b sucedem-se alternativamente sobre a largura de pelo menos uma face 16a-16d da superfície exterior 16 do bloco 11, cobrindo de preferência canais de entrada e de saída sucessivos, respectivamente. De preferência, as ranhuras 30b e as bossas 30a longitudinais são regularmente espaçadas uma das outras. A transição entre bossas e ranhuras pode ser progressiva, sem ângulos salientes. Por exemplo, em corte transversal, a superfície exterior 16 do bloco pode ter, pelo menos localmente, uma forma sinusoidal como representado na figura 7. De preferência, a espessura «e» das paredes exteriores 34 dos canais periféricos é sensivelmente constante. A bossa 30a ou a ranhura 30b podem igualmente serem dispostas a cavalo sobre dois canais, esta disposição sendo preferível para reforçar a coerência mecânica do bloco 11.

De preferência, a forma, as dimensões e o número das irregularidades 30a e 30b são determinadas em função do suporte, quer dizer das juntas 17, com as quais elas são destinadas a ser solidarizadas. A forma, as dimensões e o número das irregularidades 30a e 30b podem em particular depender da natureza e/ou da espessura das juntas 17, da posição das irregularidades sobre a superfície exterior 16 do bloco 11 e/ou da posição do bloco 11 no seio do corpo filtrante 3. Todas as faces 16a-16d dum mesmo bloco filtrante 11 não são necessariamente providas das mesmas irregularidades.

De preferência no entanto, a largura «1» das irregularidades é inferior ou igual, de preferência sensivelmente igual, à dos canais sobre os quais elas se estendem.

Nem a largura «1», nem o comprimento «L», nem a espessura «e», nem a orientação duma irregularidade não é limitativa. Por exemplo, segundo a invenção, a superfície exterior 16 do bloco filtrante 11 pode apresentar estrias diagonais, segundo uma ou várias direcções, buracos, entalhes, etc. A largura, a espessura ou a orientação podem igualmente variar ao longo duma mesma irregularidade.

Numa variante da invenção não representada, dois blocos destinados a ser reunidos com aposição de duas faces respectivas uma contra a outra apresentam, sobre as ditas faces, irregularidades tendo formas complementares, dispostas de maneira a poderem ser aOlojadas umas nas outras.

As irregularidades estendem-se longitudinalmente podendo ser fabricadas quando da extrusão do bloco 11 por meio duma fieira adaptada, segundo técnicas conhecidas do perito. É igualmente possível realizar as irregularidades na superfície de bloco 11 sólidas «esculpindo» a superfície exterior 16 do bloco 11 e/ou fixando aí rebordos 30a de matéria por colagem, soldadura ou qualquer outra técnica conhecida. A matéria dos rebordos 30a fixados pode ser idêntica ou diferente da matéria constituindo o bloco 11.

Bem entendido, a presente invenção não é limitada aos modos de realização descritos e representados acima, fornecidos a título ilustrativo e não limitativo. 9 A junta 17 interposta entre as superfícies exteriores respectivas de dois blocos, em face um do outro, pode ser contínua ou descontínua, desde que ela assegure a solidarização desses blocos. 0 bloco filtrante 11 poderia ter uma forma qualquer. A secção transversal dos canais 14 não é limitada à forma quadrada. A secção dos canais de entrada poderia igualmente ser diferente da dos canais de saída. A secção transversal dum canal poderia também evoluir, periodicamente ou não, ao longo desse canal. 16-01-2007 10

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Corpo filtrante destinado nomeadamente à filtragem de partículas contidas nos gases de escape dum motor de combustão interna, o dito corpo filtrante sendo formado por colagem de blocos filtrantes por meio duma junta (17), caracterizado por uma superfície exterior (16) dum primeiro dos ditos blocos (11), em face dum segundo dos ditos blocos e em contacto com a dita junta (17), comportar pelo menos uma irregularidade (30a, 30b) do tipo bossa e/ou concavidade.
2. 2. Corpo filtrante segundo a reivindicação 1, caracterizado por a dita irregularidade (30a, 30b) se estender segundo o eixo longitudinal (D-D) do dito primeiro bloco (11) sobre todo o comprimento do dito primeiro bloco (11).
3. 3. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações 1 e 2, caracterizado por a dita irregularidade (30a, 30b) ser uma concavidade (30b) levada por uma face exterior (32b) dum canal de saída (14b) dos ditos gases disposto na periferia do dito primeiro bloco (11).
4. 4. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações 1 e 2, caracterizado por a dita irregularidade (30a, 30b) ser uma bossa (3 0a) levada por uma face exterior (32a) dum canal de entrada (14a) dos ditos gases disposto na periferia do dito primeiro bloco (11)
5. 5. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações 3 e 4, caracterizado por a largura «1» da dita irregularidade (30a, 30b), medida num plano transversal (P) do dito primeiro bloco (11) ser sensivelmente igual à largura da dita face exterior (32a, 32b) do dito canal (14a, 14b).
6. 6. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a dita superfície exterior 1 (16) comportar uma pluralidade das ditas irregularidades (30a, 30b) regularmente espaçadas umas das outras.
7. 7. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por pelo menos uma porção da dita superfície exterior (16) do dito primeiro bloco (11) apresentar, em corte transversal, uma forma sinusoidal.
8. 8. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a dita irregularidade (30a, 30b) ser conformada de maneira a poder ser alojada numa irregularidade (30a, 30b) de forma complementar do dito segundo bloco.
9. 9. Corpo filtrante segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a dita irregularidade (30a, 30b) ser um concavidade (30b') realizado na espessura duma parede exterior (34b') dum canal (14b') disposto na periferia do dito primeiro bloco (11). 16-01-2007 2