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BR112021004038A2 - sistema de pós-tratamento melhorado para um veículo - Google Patents

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BR112021004038A2
BR112021004038A2 BR112021004038-2A BR112021004038A BR112021004038A2 BR 112021004038 A2 BR112021004038 A2 BR 112021004038A2 BR 112021004038 A BR112021004038 A BR 112021004038A BR 112021004038 A2 BR112021004038 A2 BR 112021004038A2
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BR
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ats
scr
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scrof
cuc
Prior art date
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BR112021004038-2A
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Inventor
Salvatore Panunzio
Luca Levato
Daniele Dall'Olio
Original Assignee
Cnh Industrial Italia S.P.A.
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Publication date
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Abstract

“SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTOMELHORADO PARA UM VEÍCULO” Trata-se de um sistema de pós-tratamento, ATS, (5) para um veículo (1) que possui um módulo ATS (9) que compreende, conectado de forma fluida em série, uma entrada (7), um Catalisador de Oxidação Diesel DOC, (11) um misturador de ureia (12) e uma Redução Catalítica Seletiva SCR, (13) e uma saída (8), a entrada (7) sendo conectada de forma fluida à uma emissão de um motor do veículo (1) e a saída (8) sendo conectada de forma fluida à um tubo de saída (6) do veículo (1), a invenção se referindo ao fato de que a entrada (7), o DOC (11), o misturador (12), o SCR (13) e saída (8) são organizados para definir uma trajetória retangular substancial de um fluxo (F) dos gases de escapamento que fluem para o ATS (9), a entrada (7) e a saída (8) sendo posicionadas em um mesmo vértice da trajetória retangular substancial do fluxo.

Description

“SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTO MELHORADO PARA UM VEÍCULO” CAMPO DA T ÉCNICA
[001] A presente invenção refere-se a um sistema de pós- tratamento para um veículo, em particular, um sistema de pós-tratamento melhorado para gases de escapamento de um veículo, em particular, de um veículo de trabalho.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Veículos a diesel, em particular, veículos leves e de trabalho, precisam tratar os gases de escapamento provenientes do motor antes das suas emissões no ambiente, a fim de diminuir o nível de elementos poluentes como óxido de nitrogênio ou particulados.
[003] A fim de alcançar tal tratamento, é conhecido o uso de sistemas conhecidos como Sistemas de Pós-tratamento (ATS) que compreendem uma série de elementos como os Catalisadores de Oxidação Diesel (DOC), Módulo de Injeção de Ureia (por exemplo, solução de ureia AdBlue®), Filtros de Partículas Diesel (DPF) ou Redução Catalítica Seletiva (SCR); esta última podendo compreender mais elementos intermediários como SCRoF (Redução Catalítica Seletiva em Filtro) e SCR-CUC (Limpador Catalítico).
[004] Um exemplo de tal sistema é mostrado na figura 1; como relevado, um ATS 1’ conhecido pode compreender uma entrada 2’, o módulo DOC 3’, o Módulo de Injeção de Ureia 4’ e sistemas SCR 5’ e a saída 6’, fluidamente conectada em série. Em tais sistemas, é essencial fornecer a mistura correta entre ureia (injetada através dos módulos de dosagem) e fluxo de gases de escapamento que fluem para fora do módulo DOC antes de sua passagem para a SCR, a fim de gerar uma mistura de gás que permita a execução correta de reações químicas de redução do óxido de nitrogênio contido nos gases de escapamento.
[005] Para obter a mistura de ureia e gases de escapamento descrita acima é conhecido o fornecimento sistemas de pós-tratamento que possuem uma ótima extensão linear, assim como a que foi revelada na figura 1, e na qual o módulo de injeção de ureia compreende um módulo de dosagem inclinado que injeta solução de ureia em um conduíte de mistura longo. Tal conduíte é longo para fornecer um volume que seja grande o suficiente para garantir a mistura correta de gases de escapamento com a solução de ureia.
Entretanto, esse longo conduíte aumenta a oneração do ATS no veículo.
[006] Para resolver o problema mencionado acima, é possível injetar ureia sob alta pressão dentro no fluxo de gás de escapamento; isso permite o uso de conduítes de mistura mais curtos, contudo, módulos de dosagem de ureia em alta pressão são mais caros e precisam de circuitos alimentadores de ureia peculiares, os quais são mais caros e mais propensos a quebra do que o módulo de dosagem “padrão” (em pressões mais baixas) e circuitos relacionados.
[007] Uma mistura correta da solução de ureia para gases de escapamento é essencial, caso contrário, a ureia poderia cristalizar nas paredes internas do conduíte do ATS; esta desvantagem surge do fato de que a ureia é injetada à temperatura ambiente, ou seja, cerca de 25 °C, enquanto o gás de escapamento está à uma temperatura de pelo menos 300 °C.
[008] Como visto acima, é essencial evitar uma perda excessiva de temperatura no módulo de mistura porque, primeiro, a eficiência das reações de reduções químicas é diminuída e, ainda, porque a possibilidade de formação de cristal de amônia é reduzida em baixa temperatura. Novamente, a presença de um conduíte de mistura longo e linear introduz uma significativa queda de temperatura dos gases de escapamento.
[009] Além disso, um conduíte de mistura longo, como o descrito acima, aumenta a queda de pressão entre a entrada e saída do ATS, enquanto é necessário ter uma queda de pressão mínima do ATS para melhorar a eficiência do motor.
[010] Portanto, há necessidade de fornecer um ATS que permita uma mistura correta de solução de ureia com o fluxo de gás de escapamento, que seja compacto, que não eleve os custos de fabricação e que não aumente a queda de pressão padrão entre a entrada e saída do ATS.
[011] Um objetivo da presente invenção é de satisfazer pelo menos uma das necessidades acima mencionadas.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[012] O objetivo mencionado acima é atingido por um ATS conforme reivindicado no conjunto de reivindicações anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[013] Para um melhor entendimento da presente invenção, a realização preferida é descrita a seguir, servindo com um exemplo não limitador, o qual se refere aos desenhos em anexo, em que • A Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um ATS como conhecido na técnica.
• A Figura 2 é uma vista em perspectiva, com partes removidas, a título de clareza, de um veículo compreendendo um ATS, de acordo com a presente invenção; • A Figura 3 é uma vista da seção longitudinal de um ATS de acordo com a presente invenção; • A Figura 4a é uma vista da seção em perspectiva da porção do ATS da figura 3.
• A Figura 4b é a vista em perspectiva da figura 4a, na qual as trajetórias dos fluidos que fluem para dentro do dito ATS são mostradas; • As Figuras 5a, 5b, 5c e 5d são vistas em perspectiva de diferentes realizações de um elemento do ATS da figura 3; e
[014] • As Figuras 6a, 6b e 6c são vistas em perspectiva de diferentes realizações de um elemento adicional do ATS da figura 3.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[015] A presente descrição se refere a um veículo agrícola que compreende um ATS, de acordo com a presente invenção, apenas a título de exemplo. Entretanto, é claro que tal exemplo não é limitador e que o ATS, de acordo com a presente invenção, pode ser aplicado à outras tipologias de veículos.
[016] A figura 2 revela um veículo agrícola 1 de tipologia conhecida, por exemplo, um trator de rodas, que compreende, logo acima do motor (não mostrado) que é alojado em uma porção anterior 2 da cabine 3, um módulo ATS 5 de acordo com a presente invenção. O ATS é fluidamente conectado, como se sabe, a uma saída do motor do veículo 1 e a um tubo de saída 6.
[017] Como mostrado em maior detalhe na figura 3, o ATS 5 compreende uma entrada 7, fluidamente conectável à emissão do motor de veículo, e uma saída 8, fluidamente conectável ao tubo de saída 6 do veículo e um ATS 9, fluidamente interposto entre a entrada 7 e saída 8, a qual pode compreender, fluidicamente conectada em série da entrada 7 para a saída 8, um DOC 11, um misturador de ureia 12, um módulo catalisador 13 que compreende um SCRoF 14 e um SCR-CUC 15.
[018] Em particular, a entrada 7 pode ser realizada como um tubo de entrada 7d que é acoplado ao DOC 11 para que fique fluidamente conectada com este último. A título de exemplo, o duto 7d compreende uma primeira abertura 7a, fluidamente conectada à emissão do motor e uma segunda abertura 7b fluidamente conectada a uma entrada 11a do DOC 11. No exemplo descrito, a porção fornecida com a segunda abertura 7b é posicionada dentro da entrada 11a do DOC 11. ATS 9 pode ainda compreender, transportado, seja pela entrada
7 ou DOC 11, uma primeira placa perfurada 18, que é fluidamente interposta ao fluxo F dos gases de escapamento.
[019] Tal fluxo F que vem da entrada 7 para o DOC 11 pode ser inserido dentro do ATS 9 em qualquer direção, ou seja, qualquer ângulo pode ser fornecido entre a entrada 7 e o DOC 11; no exemplo descrito, a entrada 7 é substancialmente perpendicular ao DOC 11. O fluxo de gás de escapamento passa através da primeira placa perfurada 18 para o DOC 11 e então flui para o misturador 12 como descrito em mais detalhes mais abaixo.
[020] Em particular uma saída 11b do DOC 11 é fluidamente conectada a uma entrada 20a de um encaixe 20 que engloba o misturador 12.
Em particular o encaixe 20 é posicionado externamente para o DOC. Deve ser notado que o misturador 12 é perpendicular em relação ao fluxo F, que, portanto, se desvia em relação a direção que tem no DOC 11 antes de entrar no módulo catalisador 13.
[021] Uma vez que sai do misturador 12, o fluxo F passa através do SCRoF 14 e, então, através de um encaixe 21 configurado para conectar fluidamente o SCRoF 14 e o SCR-CUC 15. O encaixe 21 possui uma forma configurada para inverter a direção do fluxo F, ou seja, fazendo uma volta de cerca de 180º, no SCR-CUC em relação ao SCRoF 14. Dessa forma o SCR- CUC 15 é colocado em paralelo lado a lado em relação ao SCRoF 14.
[022] O encaixe 21 pode ser entendido como tubo em formato de “copo”, tendo uma entrada 21a e uma saída 21b; essas últimas são dimensionadas para serem acopladas, respectivamente, com a saída 14b do SCRoF 14 e com a entrada 15a do SCR-CUC 15. Em particular, a saída 14b e a entrada 15 dos subsistemas SCR podem ser posicionadas externamente ou internamente à entrada 21a e a saída 21b do encaixe 21.
[023] A saída 8 pode ser entendida como um duto de saída 8d que é acoplado ao SCR-CUC 15 para que este último possa ser fluidamente conectado com o tubo de saída 6. No exemplo descrito, o duto 8d é acoplado a uma parede de suporte do SCR-CUC 15 via uma conexão flangeada, como descrito a seguir, e compreende uma abertura 8a, fluidamente conectada ao tubo de emissão 6.
[024] Como claramente mostrado na figura 3, o fluxo F descreve no ATS 9 uma trajetória substancialmente quadrada, na qual, tanto a saída 7 quanto a entrada 8 estão no mesmo vértice de tal trajeto.
[025] O layout descrito do módulo 5 pode ser variado de forma modular, para ser usado para motores que tem deslocamentos diferentes.
Maiores deslocamentos implicam em maiores emissões de gases de escapamento e em uma exigência proporcional de reações químicas de redução no DOC 11 e módulos catalisadores 13. Tal aumento na demanda de desempenhos do DOC 11 e nos módulos catalisadores 13 pode ser alcançado por meio do aumento do diâmetro ou comprimento, de tais elementos.
[026] O duto 7d, 8d e os encaixes 20, 21 são configurados para serem usados também no caso de comprimento diferente do DOC 11 e dos módulos catalisadores 13, se o diâmetro for constante; dessa maneira, o módulo ATS 5 pode ser modificado de uma forma modular para se adaptar a um deslocamento de motor diferente. Na verdade, a mesma estrutura e elemento, com poucas modificações, por exemplo, a simples substituição do DOC 11 e dos módulos catalisadores 13, podem ser usadas por uma variedade de motores.
[027] O módulo ATS 5 ainda compreende uma pluralidade de sensores 25 configurados para detectar uma pluralidade de propriedades químicas e termodinâmicas do fluxo F para o ATS 9. A título de exemplo, sensores de óxido de nitrogênio, ou sensores de temperatura ou de pressão podem ser fornecidos e conectados a uma unidade eletrônica, por exemplo uma ECU, (não mostrada) do veículo 1 para controlar a operação dos elementos do ATS.
[028] O módulo ATS 6 pode ainda compreender um flange 27 configurado para suportar o DOC 11 e os módulos catalisadores 13 e para acoplar esses últimos aos encaixes adjacentes 21 e dutos 8d, 60.
[029] Em particular, o flange 27 pode conectar um duto misturador 60 (descrito abaixo em detalhe) conectado ao encaixe 20 e uma parte circundante do módulo de injeção 12 a uma entrada 14a do SCRoF 14 e uma entrada 8b do duto 8d com a saída 15b do SCR-CUC 15. O flange 27 é, além disso, configurado para conectar as paredes de suporte dos subsistemas dos módulos catalisadores 13 para aumentar a rigidez do ATS 9.
[030] O módulo ATS 5 compreende, de forma vantajosa, um alojamento 29, que compreende uma pluralidade de paredes definindo um volume interior 29v no qual o ATS 9 pode ser alojado inteiramente. O alojamento 29 é obviamente fornecido com duas aberturas 29a para a entrada 7 e 29b e para a saída 8 do ATS 9. O módulo ATS 6 também pode ser fornecido, entre as paredes do alojamento 29 e do ATS 9, dos elementos de isolamento térmico (não mostrados), para reduzir a dispersão de calor do ATS 9 para o meio ambiente.
Tais elementos de isolamento térmico podem compreender isolantes térmicos de lã que preenchem o espaço entre as paredes do alojamento 29 e do ATS 9 ou qualquer outra tipologia de barreiras térmicas conhecidas.
[031] Em referência a figura 4a, o misturador 12 será descrito daqui em diante em maior detalhe.
[032] O misturador 12 compreende um módulo de dosagem 30, preferencialmente, um módulo de dosagem de 5 bars, para injetar solução de ureia no ATS 5. O módulo de dosagem 30 pode ser transportado pelo encaixe 21 e/ou pelo alojamento 29 e pode ser posicionado ortogonalmente, em um eixo A, em relação a direção do fluxo F na saída 11b do DOC 11.
[033] O misturador 12 ainda compreende, essencialmente, um elemento interno 31, preferencialmente coaxial em relação ao módulo de dosagem 30, e um elemento externo 32 colocado externamente em relação ao elemento interno 31. O elemento interno 31 e o elemento externo 32 podem ser transportados pelas respectivas porções do encaixe 21 e possuir um comprimento menor que 200mm, preferencialmente 160mm, e um diâmetro menor que 100mm, preferencialmente cerca de 98mm de diâmetro do elemento 32 e 70mm de diâmetro do elemento 31.
[034] Em particular, o elemento interno 31 e elemento externo 32 são elementos axissimétricos e anulares; preferencialmente eles são elementos cilíndricos substanciais e são parcialmente interpostos em direção radial um em relação ao outro de modo que uma porção do elemento interno 31 não seja coberta pelo elemento externo 32 e uma porção do elemento externo 32 não circunde uma porção do elemento interno 31.
[035] O elemento interno 31 compreende uma porção cilíndrica 34 que se estende por, pelo menos, dois terços de seu comprimento e uma porção terminal 35, conectada a porção cilíndrica 34 e, preferencialmente, possui um formato de cone truncado. A porção terminal e a porção cilíndrica 34 são, preferencialmente, monolíticas ou divididas, delimitando assim, um volume interno 38 e pode ser realizada em metal. A porção terminal 35 é transportada pelo encaixe 21, por exemplo, por parafusos.
[036] A porção terminal 35 compreende uma abertura 35a, realizada em uma superfície superior da porção 35 e configurada para permitir um alojamento parcial no módulo de dosagem 30 através deste último e pelo menos uma abertura 35b fornecida na porção lateral da porção terminal 35 configurada para permitir a passagem de uma porção F1 de gases de escapamento internamente em relação ao elemento interno 31, enquanto uma porção complementar F2 de gases de escapamento flui entre o elemento interno 31 e elemento externo 32, como descrito em detalhes a seguir.
[037] A, pelo menos uma, abertura 35b é dimensionada para que o fluxo F1 seja preferencialmente 35-45%, em particular 30%, do total do fluxo F e, consequentemente, o fluxo F2 seja 65-55%, em particular 60%, do total do fluxo F.
[038] Vantajosamente, a porção terminal 35 compreende uma pluralidade de aberturas 35b, igualmente espaçadas circunferencialmente em volta do eixo A e possuindo uma forma, preferível, substancialmente retangular, mais preferível, quadrada. Em maior detalhe, uma borda de cada abertura 35b compreende uma a protrusão 37 que se estende para o volume interior 38 definido pelo elemento interno 31 e configurado para gerar um giro para o fluxo de ar F1 vindo do DOC 11. Preferencialmente, a protrusão 37 é um elemento de placa 37a, que se estende da lateral da borda da respectiva abertura 35b e tem uma inclinação peculiar, em particular compreendida entre 35º e 45º, preferencialmente 40º. Preferencialmente, a protrusão 37 é alinhada para que possa gerar um giro no sentido horário.
[039] Vantajosamente, o elemento de placa 37a possui o mesmo formato da abertura 35b e pode ser obtido pelo corte de três bordas de tal formato e dobrando o elemento de placa 37a em torno da borda de alargamento dentro do volume 38.
[040] A porção cilíndrica 34 compreende uma pluralidade do trocador de calor 41, que se estende da superfície externa lateral em um volume lateral 40 definido entre o elemento interno 31 e o elemento externo 32 até o elemento externo 32 e configurado para transmitir calor de um fluxo de gás fluindo em F2 até o volume interior 38 do elemento interno 31. Preferencialmente, trocadores de calor 41 compreendem pelo menos uma aleta 42 que pode ser realizada de qualquer formato.
[041] De acordo com a realização preferida da figura 4a, o trocador de calor 41 compreende uma pluralidade de aletas 42 que são entendidas como paredes lineares igualmente espaçadas circunferencialmente em volta do eixo A, que se estendem ao longo de todo comprimento do elemento cilíndrico 34. Aletas 42 se estendem perpendicularmente da superfície lateral do elemento 34, para que toquem preferencialmente o elemento externo 32, definindo, dessa forma, uma pluralidade de canais 43 na qual o fluxo F2 é dividido.
[042] De acordo com uma primeira realização alternativa, revelada na figura 5a, o trocador de calor 41 compreende uma aleta única 42 que se estende de maneira espiral ao longo de todo o comprimento do elemento cilíndrico 34. A aleta 42 se estende perpendicularmente da superfície lateral do elemento 34 de modo a tocar o elemento externo 32 definindo, dessa forma, um canal único 43 fazendo uma pluralidade de voltas em volta do eixo A.
[043] De acordo com uma segunda realização alternativa, revelada na figura 5b, o trocador de calor 41 compreende uma pluralidade de aletas 42 que são realizadas como paredes lineares igualmente espaçadas circunferencialmente em volta do eixo A e que se estendem ao longo de todo o comprimento do elemento cilíndrico 34. As aletas 42 se estendem perpendicularmente da superfície lateral do elemento 34 de modo a tocar o elemento externo 32 definindo, dessa forma, uma pluralidade de canais 43 na qual o fluxo F2 é dividido. Uma porção terminal 42a de aletas 42, oposta à porção terminal perto da porção terminal 35 do elemento interno 31, é dobrada para curvar os canais 43 a fim de gerar um giro, preferencialmente oposto ao giro gerado dentro do volume 38.
[044] De acordo com uma terceira realização alternativa, revelada na figura 5c, o trocador de calor 41 compreende uma pluralidade de aletas 42 que são entendidas como paredes lineares igualmente espaçadas circunferencialmente em volta do eixo A e que se estendem ao longo de todo o comprimento do elemento cilíndrico 34. As aletas 42 se estendem perpendicularmente da superfície lateral do elemento 34 de modo a tocar o elemento externo 32 definindo, dessa forma, uma pluralidade de canais 43 na qual o fluxo F2 é dividido. As aletas 42 são dobradas em espiral ao longo de todo o comprimento da porção cilíndrica 34 a fim de fornecer uma pluralidade de canais de giro 43 no qual o fluxo F2 é dividido, configurado para gerar um giro preferencialmente oposto ao redemoinho dentro do volume 38.
[045] De acordo com uma quarta realização alternativa, revelada na figura 5d, o trocador de calor 41 compreende uma pluralidade de aletas 42 que são entendidas como paredes lineares igualmente espaçadas axialmente em volta do eixo A e que se estendem ao longo de toda a circunferência da superfície lateral da porção cilíndrica 34. As aletas 42 se estendem perpendicularmente da superfície lateral do elemento 34 de modo a tocar o elemento externo 32 definindo, dessa forma, uma pluralidade de câmaras 44 pela qual o fluxo F2 tem que passar. As paredes das aletas 42 ainda compreendem uma pluralidade de aberturas 45 configuradas para permitir a passagem do fluxo F2 por cada parede.
[046] O elemento externo 32 compreende uma porção cilíndrica 47, que circunda uma porção da porção cilíndrica 34 do elemento interno 31 e coopera com o trocador de calor 41 como descrito acima, e a porção terminal 48, colocada oposta em relação à porção terminal 35 do elemento interno 31 na zona na qual o elemento externo 32 não circunda a porção cilíndrica 34 do elemento interno 31. A porção terminal 48 e porção cilíndrica 47 são preferencialmente monolíticas e são realizadas em metal. A porção cilíndrica 47 é transportada pelo encaixe 21, por exemplo, por encaixe.
[047] A porção terminal 48 é preferencialmente cilíndrica e pode ser uma continuação da porção cilíndrica 47 e compreende uma placa terminal 49 que é perpendicular à parede lateral da porção terminal 48 e que é preferencialmente fixada à esta última, por exemplo, por parafusos. A porção terminal 48 ainda compreende pelo menos uma abertura 51 configurada para permitir fluxos F1, oriundos do volume interior 38, e fluxo F2 passando pelo trocador de calor 41 para fluir em uma câmara misturadora 50 como descrito em detalhe a seguir.
[048] De acordo com a realização preferida das figuras 4a,4b a porção terminal 48 compreende uma pluralidade de aberturas 51 que possui preferencialmente um formato retangular e sendo, cada uma, igualmente espaçada circunferencialmente em torno do eixo A. A placa terminal 49 é um disco que é convexo para os fluxos F1, F2, tal formato convexo ajuda os fluxos F1, F2 a fluírem para fora através das aberturas 51.
[049] De acordo com uma primeira realização alternativa, como revelado na figura 6a, a placa terminal 49 e aberturas 51 estão ausentes e, consequentemente, o elemento externo 32 é um cilindro anular aberto em ambas as extremidades. Entretanto, o elemento externo 32 compreende uma pluralidade de lâminas misturadoras 56, transportadas por uma extremidade da porção terminal 48 e configurada para transmitir um movimento giratório aos fluxos F1, F2 antes de suas emissões na câmara misturadora 50.
[050] De acordo com uma primeira realização alternativa, como revelado na figura 6b, a placa terminal 49 é substancialmente a mesma da realização das figuras 4a,4b, enquanto as aberturas 51 são em maior número e, por exemplo, são agrupadas em grupos 51a de três aberturas retangulares 51, cada grupo 51a sendo igualmente espaçado circunferencialmente em volta do eixo A. Além disso, cada abertura 51 pode ainda compreender um defletor 55, que pode ser, substancialmente, uma parede que se estende até a câmara misturadora 50 de uma das bordas da abertura 51.
[051] De acordo com uma terceira realização alternativa, como revelado na figura 6c, as aberturas 51, são substancialmente as mesmas da realização das figuras 4a, 4b enquanto a placa terminal 49 compreende uma protrusão 53 que se estende dentro do volume interior 38 do elemento interno
31 e possui uma superfície externa côncava configurada para ajudar os fluxos F1 e F2 a fluírem para fora através das aberturas 51.
[052] A câmara misturadora 50 é delimitada por um duto 60, preferencialmente um duto em formato de funil que conecta fluidamente o misturador 12 com o módulo catalisador 13, em particular com o SCRoF 14. O duto 60 compreende, portanto, uma saída 60b que é posicionada com uma entrada 14a de uma parede de suporte do SCRoF 14 e uma entrada 60a que é mecanicamente acoplada com o encaixe 21 e o misturador 12. O duto 60 define, entre o misturador 12 e o SCRoF 14 uma câmara misturadora 50 que possui volume menor que 2 litros.
[053] O módulo ATS 5 ainda compreende, preferencialmente transportado pelo duto 50, um segundo filtro 61 fluidamente interposto entre o misturador 12 e o SCRoF 14 e é configurado para uniformizar o fluxo F antes de entrar no SCRoF 14.
[054] A operação do módulo ATS 5 de acordo com a presente invenção é a seguinte.
[055] O fluxo de gases de escapamento F entra pela entrada 7 e flui pelo primeiro filtro 18 e DOC 11. No DOC 11 as primeiras reações químicas reduzem particulados em água e dióxido de carbono, como se sabe.
[056] Uma vez passado pelo DOC 11, o fluxo F entra no misturador 12 dividindo em um primeiro fluxo F1, que passa pelas aberturas 35b e um segundo fluxo F2, que passa no volume lateral 40 pelo trocador de calor 41.
[057] O fluxo F2 fornece calor ao volume interior 38 através da interação com os ventiladores 42, enquanto o fluxo F1, que entra pelas aberturas 35b, adquire um movimento de giro e recebe uma injeção de solução de ureia do módulo de dosagem 30. Deve-se nota que essa injeção de ureia é substancialmente coaxial com o eixo A, que é consequentemente o eixo em volta do qual o giro do fluxo F1 é gerado. Dessa forma, a ureia é misturada na parte do volume interior 38, definida por uma porção cilíndrica 34 do elemento interno 31 que é aquecida pelo fluxo F2, dessa maneira, evitando a formação de cristais de amônia. Em particular, a temperatura da câmara interior 38 pode ser mantida aproximadamente na mesma temperatura dos gases de escapamento, mesmo que a solução de ureia que é injetada na câmara interior 38 esteja na temperatura ambiente, por exemplo, 25ºC.
[058] Uma vez fluído por todo o comprimento do elemento 31, o fluxo F1 encontra a placa terminal 49 que força o fluxo F1 a sair das aberturas 51 até a câmara misturadora 50. Deve-se notar que uma mistura adicional é alcançada porque o fluxo F1 se mistura novamente com o fluxo F2 oriundo do volume lateral 40.
[059] Da câmara misturadora 50, a mistura de ureia e gases de escapamento escorre pelo segundo filtro 61 e entra no módulo catalisador 13.
Aqui, tal mistura inicia as reações químicas de redução que transformam óxido de nitrogênio em água.
[060] Uma vez que sai do módulo catalisador 13, o gás purificado flui através da saída 7 até o tubo de saída.
[061] A operação das realizações alternativas descritas é equivalente ao descrito acima e, portanto, não será descrita a título de brevidade.
[062] Em particular, deve-se notar apenas que os diferentes formatos do trocador de calor 41, descritos nas realizações de acordo com as figuras 5a-5d aumentam a eficiência do aquecimento do volume interior 38 e podem ser usados em função da tipologia do motor ao qual o módulo SCR é conectado.
[063] A presença de uma protrusão 53 na placa terminal 49 de acordo com a realização da figura 6c melhora a saída do fluxo F1 das aberturas 51; a presença de uma pluralidade de aberturas 51 fornecida com um respectivo defletor 55 ajuda a mistura do fluxo F1 com fluxo F2; tal efeito pode ser similarmente alcançado graças às lâminas misturadoras 56 transportadas por uma extremidade da porção terminal 48.
[064] Em vista do exposto, as vantagens de um ATS de acordo com a invenção são aparentes.
[065] Devido ao fato de que a trajetória do fluxo dos gases para ATS 9 é substancialmente quadrada, as dimensões do módulo ATS 5 são reduzidas, e, consequentemente, é obtida uma redução da oneração do módulo ATS 5 no veículo.
[066] Devido ao fato de que o acoplamento mecânico entre os encaixes e o subsistema ATS relativo são reversíveis, o módulo ATS 5 é modular já que cada subsistema ATS pode ser substituído, para um reparo ou questões de melhoria, sem modificar substancialmente a estrutura global do módulo ATS
5.
[067] A presença de um alojamento externo 29, cobrindo todo o ATS 9 permite evitar que elementos externos, como elementos sujos ou água, interfiram com o duto do ATS 9. Além disso, os sensores 35 podem ser alojados dentro do volume 31, definido pelo alojamento 29, dessa maneira, aumentando seus desempenhos e duração. Além disso, um material isolante térmico pode ser colocado entre o ATS 9 e o alojamento 29, evitando, ao mesmo tempo, perda de calor do ATS 9, que aumenta a eficiência das reações químicas, e um superaquecimento excessivo do alojamento 29, que pode ser perigoso para o motorista que está inspecionado dentro da porção anterior 2, da cabine 3
[068] Um ATS que compreende um misturador de ureia 12 que divide dois fluxos F1, F2, um F1 no qual uma mistura inicial é gerada e um segundo F2 para aquecer o primeiro, aumentou a temperatura do fluxo F1, diminuindo, dessa maneira, a possibilidade de formação de cristais de amônia e otimizando a mistura de gases de escapamento com a solução de ureia em um volume de pequeno comprimento. Dessa forma, conduítes de mistura longos e lineares não são necessários.
[069] Além disso, a presença de um trocador de calor 41 pelo qual o fluxo F2 tem que passar, aumenta a troca térmica entre os fluxos F2 e F1.
[070] Ademais, a presença de aberturas 35 juntamente com as placas 37 e/ou aletas curvas 21 ou lâminas de mistura 56 ou defletores 55, criam turbulências e/ou movimentos de giro o que aumentam a mistura de ureia nos fluxos F1 e, agora unidos, com o fluxo F2. Tal mistura permite obter uma distribuição uniforme de ureia e temperatura na mistura com os gases de escapamento. Essa temperatura uniforme e a mistura melhoram a eficiência das reações químicas no SCR.
[071] A presença da placa terminal 49 evita o impacto direto do fluxo F1 com a placa filtradora 61, ou com o módulo catalisador 13; dessa forma, uma outra mistura na câmara misturadora 50 é obtida e, portanto a passagem da mistura na placa filtradora 61 e no módulo catalisador 13 possui, como dito, uma distribuição uniforme de ureia, o que significa também uma distribuição uniforme de reação química dos reagentes da placa filtradora 61 e do módulo catalisador 13 com, consequentemente, uma queda uniforme de suas propriedades químicas em uma direção radial.
[072] A presença de uma superfície convexa da placa terminal 49 ou a protrusão 53 que se estende para o volume 38, força, ainda, a mistura do fluido F1 com o fluido F2.
[073] O fato de que o módulo de dosagem é um módulo de dosagem de 5 bars permite o uso de módulos de dosagem econômicos; o fato de que tal módulo de dosagem é perpendicular ao fluxo diminui a probabilidade de formação de cristais de amônia nas paredes do misturador e permite obter a trajetória quadrada mencionada acima com as vantagens consequentes.
[074] Além disso, o uso de um misturador que não seja longo, mesmo que turbulências estejam presentes dentro deste último, mantém um valor aceitável de queda de pressão entre a entrada 7 e a saída 7 do ATS 9.
[075] Finalmente, o uso de elementos mecânicos de folhas de metal permite uma fácil fabricação de tais elementos e os acoplamentos mecânicos reversíveis entre esses elementos permitem uma rápida montagem do ATS 9.
[076] É claro que modificações podem ser feitas para o ATS descrito, que não se estendem além do escopo de proteção definido pelas reivindicações.
[077] Por exemplo, os formatos de vários elementos (por exemplo, elementos internos e externos 31, 32, as aberturas 35b, 51), podem variar, outros elementos podem estar presentes, ou não (filtros 18, 60 ou defletores 55, lâminas misturadoras 56 ou aletas 42, protuberâncias 53).
[078] Os dutos 21, 20, 7d, 8d podem ser conectados com os respectivos elementos de qualquer outra maneira conhecida.
[079] Finalmente, é claro que as realizações descritas podem ser combinadas juntas para fornecer realizações que não estão expressamente descritas no presente pedido, sem se separarem do escopo definido no conjunto de reivindicações anexas.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES
1. SISTEMA DE PÓS-TRATAMENTO, ATS, (5) PARA UM VEÍCULO (1) que possui um módulo ATS (9) que compreende, conectadas de forma fluida, em série, uma entrada (7), um Catalisador de Oxidação Diesel, DOC, (11) um misturador de ureia (12) e uma Redução Catalítica Seletiva, SCR, (13) e uma saída (8), a dita entrada (7) que é conectada de forma fluida a uma saída de um motor do dito veículo (1) e a dita saída (8) conectada de forma fluida a um tubo de saída (6) do dito veículo (1), o dito módulo ATS (5) sendo caracterizado pelo fato de que a entrada (7), o DOC (11), o misturador (12), a SCR (13) e saída (8) são dispostos para definir uma trajetória retangular substancial de um fluxo (F) de gases de escapamento fluindo para o dito módulo ATS (9), a dita entrada (7) e a dita saída (8) sendo posicionadas em um mesmo vértice da dita trajetória retangular substancial do dito fluxo (F).
2. SISTEMA ATS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito misturador (12) é configurado para injetar uma solução de ureia no dito fluxo (F) de gases de escapamento, a dita injeção (U) sendo perpendicular em relação ao dito fluxo (F).
3. SISTEMA ATS, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita SCR (13) compreende uma Redução Catalítica Seletiva no módulo de filtragem, SCRoF, (14) e um módulo de Limpeza Catalítica, SCR-CUC, (15), uma entrada (14a) da dita SCRoF (14) sendo conectada de forma fluida ao dito misturador (12) via um primeiro encaixe (60), uma saída (14b) da dita SCRoF (14) sendo conectada de forma fluida à dita SCR-CUC (15) via um segundo encaixe (21), uma entrada (15a) da dita SCR-CUC (15) sendo conectada de forma fluida à dita SCRoF (14) via o dito segundo encaixe (21), uma saída (15b) da dita SCR-CUC (15) sendo conectada de forma fluida à dita saída (8), as ditas conexões onde cada uma compreende acoplamentos mecânicos reversíveis,
para que a dita SCRoF (14) e a dita SCR-CUC (15) possam ser substituídas pela SCRoF (14) substituta e a dita SCR-CUC (15) que possui o mesmo diâmetro.
4. SISTEMA ATS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito acoplamento mecânico reversível é um acoplamento de encaixe entre um dos ditos encaixes (21, 60) e as ditas SCRoF (14) e SCR-CUC (15).
5. SISTEMA ATS, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito acoplamento mecânico reversível é um acoplamento de grampo entre um dos ditos encaixes (21, 60) e as ditas SCRoF (14) e SCR-CUC (15).
6. SISTEMA ATS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o dito segundo encaixe (21) interposto de forma fluida entre a dita SCRoF (14) e a dita SCR-CUC (15) é configurado para mudar a direção do fluxo em 180º entre a dita entrada (21a) e a dita saída (21b).
7. SISTEMA ATS, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito sistema ATS (5) ainda compreende um alojamento (29) que compreende uma pluralidade de paredes definindo um volume fechado (29v).
8. MÓDULO ATS, conforme definido na reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o espaço do dito volume fechado (29v) compreendido entre o dito alojamento (29) e o dito módulo ATS (9) é preenchido com um isolante térmico.
9. SISTEMA ATS, de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o dito sistema ATS (5) ainda compreende uma pluralidade de sensores (25) configurado para detectar propriedades químicas ou termodinâmicas do dito fluxo que flui para dentro do dito módulo ATS (9), a dita pluralidade de sensores (25) que é alojada dentro do dito volume (29v).
10. SISTEMA ATS, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito comprimento do dito sistema ATS (5) é no máximo o dobro de sua largura.
11. SISTEMA ATS, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito misturador (12) compreende uma câmara misturadora (50) que tem um volume menor que 2 litros.
12. VEÍCULO caracterizado pelo fato de que compreende um sistema ATS, conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
BR112021004038-2A 2018-09-06 2019-09-05 sistema de pós-tratamento melhorado para um veículo BR112021004038A2 (pt)

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