BRPI0720579A2

BRPI0720579A2 - Método e aparelho para controle de temperatura de exaustão de um motor a diesel

Info

Publication number: BRPI0720579A2
Application number: BRPI0720579-1A
Authority: BR
Inventors: Ronald C Dehart
Original assignee: Volvo Group North America Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2014-02-04
Also published as: JP2010515847A; CN101568703A; EP2097630A2; US8099953B2; EP2097630B1; WO2008082492A3; JP5289323B2; EP2097630A4; US20100043430A1; WO2008082492A2; WO2008082492A4; CN101568703B

Description

" MÉTODO E APARELHO PARA CONTROLE DE TEMPERATURA DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR A DIESEL "

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

Este pedido de patente reivindica o benefício do pedido de patente provisório norte americano número US 60/876.793; depositado em 22 de dezembro de 2.006.

A presente invenção se refere a sistemas de exaustão de caminhão e a métodos e aparelhos para diluir e refrigerar gás de exaustão antes que ele venha a ser liberado para o ambiente.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

Regulamentações de emissões severas, tais como aquelas impostas por agências reguladoras norte americanos e européias têm progressivamente reduzido a quantidade de matéria de particulado de diesel (DPM) e de outros constituintes gasosos permitidos nos gases de exaustão de motores a diesel. Os níveis de emissões propostos pelas regulamentações US 07 e Euro 5 são tão baixos que eles não podem ser satisfeitos sem a utilização de dispositivos de pós-tratamento de exaustão. Dispositivos de filtração de particulado de diesel (Diesel particulate filtration devices - DPF) e catalisadores de oxidação de diesel (Diesel Oxidation Catalysts - DOC) são exemplos de dispositivos que podem ser utilizados para conseguir estes níveis de emissões de particulado.

DPFs filtram a matéria de particulado a partir dos gases de exaustão para prevenir que os mesmos venham a sair da tubulação terminal. Depois de um período de operação, os particulados coletados começam a entupir o filtro. 0 filtro necessita tanto ser substituído ou quanto removido para limpeza, o que não é prático, ou o filtro necessita ser limpo através de um processo conhecido como regeneração. DPM é feito primariamente de carbono, e é conseqüentemente, combustível. Regeneração é um processo onde temperaturas dos gases de exaustão são feitas suficientemente altas para dar combustão ou oxidar a DPM dentro do filtro. Quando 5 motores são operados sob cargas mais altas as temperaturas de gás de exaustão são geralmente suficientemente altas para provocar pelo menos alguma quantidade de regeneração sem assistência. Entretanto, durante cargas cíclicas de leve (ligeira) ou curta duração, ou quando temperaturas 10 ambientes são baixas, a temperatura do gás de exaustão não é suficientemente alta para produzir regeneração. Durante estes períodos é necessário ativamente elevar a temperatura de gás de exaustão para facilitar regeneração ou para aumentar temperaturas de gás de exaustão para facilitar 15 operação de outros dispositivos de pós-tratamento de exaustão.

Métodos para aquecimento de gás de exaustão para uma temperatura suficiente para regeneração de um dispositivo de pós-tratamento são conhecidos. Por exemplo, é conhecida 20 a utilização de um elemento de aquecimento elétrico resistivo diretamente na corrente de exaustão para aumentar temperatura de gás de exaustão. É também conhecida a injeção de combustível para a exaustão e dar combustão para o combustível em uma montagem de queimador dedicada para 25 elevar temperatura de gás de exaustão. É também conhecida a injeção de um hidrocarboneto para o gás de exaustão e a utilização de um dispositivo catalítico que eleva temperatura de gás de exaustão por oxidação cataliticamente do hidrocarboneto injetado. Um dispositivo de restrição de

3 0 gás de exaustão que aplica uma carga de retardamento de motor (carga de frenagem) ao motor pode também ser utilizado para provocar que o mesmo venha a funcionar em uma condição de carga de motor elevada, por conseqüência, elevando a temperatura de gás de exaustão. É também conhecida a elevação de temperaturas de matéria de particulado de diesel (DPM) por utilização de microondas.

0 processo de regeneração pode provocar que a temperatura do gás de exaustão deixando o filtro de 5 particulado de diesel venha a estar satisfatoriamente em excesso de 600 0C. Por comparação, temperatura de exaustão de operação normal para um motor a diesel depende da carga e pode ser na faixa a partir de cerca de 100 0C em ponto morto para cerca de 500 0C em alta carga.

Em velocidades de auto-estrada, altas temperaturas de

exaustão não usualmente apresentam problemas devido para o fato de que as velocidades de ar relativamente altas tendem a dissipar o calor. Exaustão da corrente de temperatura mais alta pode criar dificuldades quando o veículo está 15 estacionário ou se movimentando em baixa velocidade e está perto de materiais combustíveis. Um caminhão tipicamente possui uma tubulação de escapamento de exaustão se elevando a partir do chassi adjacente para a cabine do caminhão. Exaustão de alta temperatura pode produzir um ponto quente 20 sobre a cabine ou trailer de caminhão, ou direcionar gases quentes para uma substância combustível, tal como uma estrutura de construção (por exemplo, uma doca de carregamento ou em uma garagem) ou uma árvore se sobressaindo (se projetando).

É desejável proporcionar uma disposição e um método

para diminuição da temperatura de exaustão de motor, particularmente quando o motor é operado em baixas cargas para suportar regeneração de dispositivos de pós-tratamento de exaustão que não envolvem componentes complicados ou excessiva operação adicional dispendiosa.

É desejável ao mesmo tempo proporcionar uma disposição que refrigera o gás de exaustão saindo para o ambiente para evitar excesso de carga de calor sobre as circundâncias. RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção proporciona um método e um aparelho para aquecimento de gases de exaustão para suportar regeneração de um dispositivo de pós-tratamento de 5 exaustão enquanto simultaneamente refrigera gases de exaustão antes que os gases venham a ser dispersados para a atmosfera.

Em concordância com um aspecto da presente invenção, um motor possuindo uma disposição de controle de 10 temperatura de exaustão de motor inclui um motor possuindo uma admissão e uma exaustão, um dispositivo de pós- tratamento de exaustão disposto em um conduíte de exaustão, um compressor possuindo uma entrada e uma saída, um conduíte entre a saída do compressor e a admissão do motor, 15 um conduíte secundário entre a saída do compressor e uma saída do dispositivo de pós-tratamento de exaustão, e uma válvula para controle de fluxo através do conduíte secundário.

Um compressor, por exemplo, um compressor mecanicamente tracionado por supercharger ou

turbocompressor tracionado por gás de exaustão é conectado pelo conduíte para entregar ar comprimido para a admissão de motor. Em concordância com a presente invenção, uma válvula disposta no segundo conduíte conectando a saída de 25 um compressor para a exaustão à jusante de um dispositivo de pós-tratamento de exaustão é normalmente fechada. Um controlador determina que um processo de regeneração é desejado e/ou sensoria uma temperatura da exaustão deixando o dispositivo de pós-tratamento, e abre a válvula para 30 direcionar ar para a corrente de exaustão. 0 ar comprimido tanto dilui e quanto refrigera o gás de exaustão.

Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, o controlador é configurado para monitorar a temperatura do gás de exaustão deixando o dispositivo de pós-tratamento de exaustão, e controla a quantidade de abertura, ou a abertura e o fechamento, da válvula em direção de geração de uma temperatura desejada. Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, o 5 controlador também é configurado para monitorar a velocidade de motor e velocidade de veículo, e determinar uma temperatura desejada como uma função da velocidade de motor ou velocidade de veículo.

Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, um método para controle de temperatura de gás de exaustão de motor compreende compressão de ar de carga em um compressor, desviando uma porção do gás comprimido a partir de uma saída do compressor para uma saída do dispositivo de pós-tratamento de exaustão de maneira tal que gás comprimido a partir da saída do compressor se mistura com gases de exaustão a partir do dispositivo de pós-tratamento de exaustão para refrigerar o fluxo de gás, e direcionando uma segunda porção do gás comprimido para a admissão do motor, em que o volume de ar comprimido reduzido para o motor provoca um aumento em temperatura de gás de exaustão.

Em concordância ainda com um outro aspecto da presente invenção, um método para controle de temperatura de operação de motor adicionalmente compreende controle de uma 25 quantidade do gás comprimido que é circulado para a admissão do motor para manter uma temperatura de operação de motor desejada.

Em concordância ainda com um outro aspecto da presente invenção, um método para controle de temperatura de 30 operação de motor adicionalmente compreende ou alternativamente compreende injeção de uma porção de combustível para o gás de exaustão adentrando o dispositivo de pós-tratamento de exaustão para elevar a temperatura do gás de exaustão. A presente invenção também proporciona um método para refrigeração de gases de exaustão antes de saída para o ambiente depois que o processo de regeneração é completado e enquanto o dispositivo de pós-tratamento se resfria,

compreendendo desvio de uma porção do ar comprimido a partir de uma saída do compressor para uma saída de um dispositivo de pós-tratamento de exaustão e provisão de uma porção do ar comprimido a partir da saída do compressor para a admissão do motor e controle de uma quantidade de ar 10 e combustível para a admissão do motor de maneira a manter uma baixa temperatura de motor.

Um método em concordância com a presente invenção inclui as etapas de sensoriamento de uma temperatura de gás de exaustão saindo de um filtro de particulado de diesel, 15 abertura de uma válvula em uma linha de saída de um turbocompressor para direcionar ar comprimido para o gás de exaustão, sensoriamento de uma temperatura do gás de exaustão, e ajustamento de uma abertura da válvula para conseguir um volume de ar para refrigerar o gás de exaustão

2 0 para uma temperatura desejada.

Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, o controlador ajusta uma turbina de geometria variável para acomodar a mudança em fluxo de ar para a entrada de motor.

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BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá ser mais bem compreendida referência para a DESCRIÇÃO DETALHADA que abaixo se segue lida em conjunção com os Desenhos das Figuras acompanhantes, nas quais:

A Figura 1 é um diagrama esquemático simplificado de um motor incluindo uma disposição de refrigeração de gás de exaustão em concordância com a presente invenção;

A Figura 2 é um diagrama esquemático de um motor incluindo uma disposição de refrigeração de gás de exaustão em concordância com uma concretização alternativa da presente invenção; e

A Figura 3 é um gráfico mostrando o efeito comparativo sobre temperatura de um aparelho em concordância com a presente invenção.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada a tais concretizações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a dispositivos para refrigeração de uma exaustão de caminhão antes que o gás de exaustão venha a ser liberado para o ar circundante.

Um motor de combustão interna (10) possuindo uma 15 disposição de controle de temperatura de exaustão de motor é mostrado em uma vista esquemática simplificada na Figura I. O motor (10) possui uma admissão (12) e uma exaustão (14) . Tipicamente, a admissão (12) e a exaustão (14) irão estar na forma de manifolds de admissão e de exaustão. O 20 motor (10) pode ser de qualquer tipo desejado de motor de combustão interna; entretanto, a presente invenção é contemplada presentemente como possuindo aplicação particular em conexão com motores a diesel.

Um supercharger (20) é incluído para comprimir ar para 25 a admissão de motor (12). O supercharger (20) pode ser um supercharger mecanicamente tracionado ou um turbocompressor tracionado por gás de exaustão. Alternativamente, o compressor pode ser um compressor centrífugo ou uma bomba de deslocamento positivo, que pode ser um componente de um

3 0 supercharger. Como ainda uma outra alternativa, o compressor pode ser um compressor dedicado ou ventoinha suprindo ar unicamente para a disposição de refrigeração de exaustão.

Para propósitos de ilustração, uma concretização compreendendo um turbocharger é mostrada e descrita. Uma turbina de exaustão (22) é conectada para receber gás de exaustão a partir da exaustão de motor (14). Gás exaustado a partir da turbina (22) flui através de um conduite de exaustão (24) para um dispositivo de pós-tratamento de exaustão (26), que para um motor a diesel pode incluir um filtro de particulado de diesel (DPF). Como é conhecido, o DPF (26) remove matéria de particulado a partir do gás de exaustão e a disposição de pós-tratamento pode incluir um catalisador para remover produtos de NOx a partir do gás de exaustão. O gás de exaustão deixa o DPF (26) e é exaustado para a atmosfera através de uma tubulação de escapamento de exaustão (28) ou tubulação terminal.

Conquanto o dispositivo de pós-tratamento (26) é mostrado como um filtro de particulado de diesel DPF na Figura 1, a presente invenção pode ser aplicada para qualquer número de dispositivos de pós-tratamento ao invés de ou em adição para um DPF. Por exemplo, o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (26) pode incluir um catalisador de oxidação de diesel e/ou um catalisador de NOx de diesel.

A tubulação de escapamento de exaustão (28) pode ser configurada como um difusor ou como uma combinação de difusor/diluidor como descrito nos pedidos de patente internacionais números PCT/US2006/048888 ou

PCT/US2006/048956, ambos por Dickinson e outros, e ambos depositados em 21 dezembro de 2.006, e pertencentes em comum com o presente pedido de patente, os conteúdos dos quais são aqui incorporados por referência. Um compressor (30) do turbocompressor (20) possui uma

entrada (32) e uma saída (34). Uma válvula de admissão de ar de carga (36) é conectada para a entrada de compressor (32). Um conduite (40) é proporcionado entre a saída de compressor (34) e a admissão de motor (12) para suprir ar comprimido para o motor.

Em concordância com uma primeira concretização da presente invenção, um conduíte secundário (50) é proporcionado entre a saída de compressor (34) e a tubulação de escapamento (28) em uma lateral de saída (52) do DPF (26). Uma válvula (54) é proporcionada para controle de fluxo através do conduíte secundário (50). 0 DPF (26) e a tubulação de exaustão (28) são mostrados como conectados por um conduíte curto para a conveniência da ilustração. O DPF (26) e a tubulação de exaustão (28) podem ser diretamente conectados. 0 conduíte de fluxo de ar de refrigeração (50) é conectado em um ponto espaçado suficientemente distante a partir da saída de gás de exaustão para possibilitar misturação do ar de refrigeração com o gás de exaustão antes que os gases misturados venham a sair para o ambiente.

O dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (26) ao longo do tempo se torna entupido com matéria de particulado e tem que ser limpo. Regeneração, que é um processo de aquecimento do dispositivo de pós-tratamento para queimar ou oxidar a matéria coletada, está se tornando o método de escolha para limpeza, particularmente para filtros de particulado de diesel, que coletam matéria combustível.

O dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (26) pode ser operado para regeneração por introdução de gás de exaustão para o dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (26) em uma temperatura suficientemente alta para provocar combustão da matéria de particulado coletada no filtro. Quando o motor está operando em alta carga, por exemplo, em velocidades de auto-estrada ou subindo encostas, a exaustão está tipicamente em uma temperatura suficientemente alta. Em outras condições de operação, entretanto, o gás de exaustão requer aquecimento. A temperatura do gás de exaustão deixando o motor (21) é diretamente relacionada para a quantidade de combustível queimado, para a quantidade de ar de combustão, e para a temperatura de entrada do ar de combustão quando este ar de combustão é introduzido para o motor. Em concordância com uma concretização da presente invenção, gás de exaustão suprido para o dispositivo de pós-tratamento (26) pode ser aquecido para regeneração por controle, o que significa di zer, redução, da quantidade de ar comprimido suprido para a admissão de motor (12), enquanto simultaneamente, o gás de exaustão deixando o dispositivo de pós-tratamento (26) é refrigerado por diluição do mesmo com ar desviado a partir do compressor (30).

Por desvio de uma porção do ar de entrada comprimido, a massa de fluxo global de ar de entrada sendo entregue para o motor (10) é reduzida pela parte do fluxo de massa total entregue para a saída (52) de DPF (26) . A massa de ar reduzida eleva a temperatura da combustão, e conseqüentemente, a temperatura do gás de exaustão.

No motor (12) possuindo uma disposição de controle de temperatura de exaustão em concordância com a presente invenção, ar que foi comprimido pelo compressor (30) é dividido entre o conduíte (40) suprindo ar para a admissão de motor (12) e o conduíte suprindo ar para a saída (52) do DPF (26) . 0 fluxo de ar pode ser controlado utilizando a válvula (54), de maneira a limitar desvio de ar para aquelas vezes quando é desejável ativamente aumentar temperaturas de gás de exaustão, por exemplo, durante regeneração do DPF (26) .

Outras vantagens de desvio de ar comprimido a partir da admissão de motor (12) para aquecimento do motor e do gás de exaustão são descritas no pedido de patente internacional número PCT/US2006/01231 para "Motor com Controle de Temperatura de Exaustão e Método para Controle de Temperatura de Gás de Exaustão de Motor e Temperatura de Admissão de Motor", os conteúdos do qual são aqui incorporados por referência.

Um controlador (60) pode ser proporcionado para controlar abertura e fechamento da válvula (54). Irá ser apreciado que referências para "abertura e fechamento" de válvulas abrange válvulas de abertura e fechamento para menos do que completamente aberta e menos do que completamente fechada como desejado. As válvulas descritas aqui podem ser válvulas do tipo abre/fecha (on/off) ou válvulas que têm capacidade de modulação de qualquer número de posições entre completamente aberta e completamente fechada.

O controlador (60) é conectado para monitorar a temperatura do dispositivo de pós-tratamento de gás de exaustão (26). Para um DPF (26), como ilustrado, tipicamente três sensores de temperatura são proporcionados. Um primeiro sensor (80) é disposto em uma entrada do DPF (26), um segundo sensor (82) é disposto à jusante de uma porção de catalisador, e um terceiro sensor (84) é disposto na saída (52) do DPF (26).

Um refrigerador de ar de carga (CAC) (56) pode ser proporcionado no conduíte (40) e o controlador (60) pode ser adaptado para controlar abertura e fechamento da válvula (54) para controlar uma temperatura de gás deixando o refrigerador de ar de carga. Adicionalmente, controle de temperatura de gás à jusante do CAC (56) pode ser proporcionado por provisão de uma disposição de passagem secundária (bypass) de refrigerador de ar de carga (não ilustrada). A disposição de passagem secundária (bypass) de refrigerador de ar de carga pode compreender uma linha conectada para o conduíte (40) em pontos à montante e à jusante, respectivamente, do CAC (56) com uma válvula para controlar fluxo através da linha. Sob algumas condições, os gases de oxidação aquecidos por redução de ar de carga para o motor podem não estar em uma temperatura suficientemente alta para suportar regeneração. Para facilitar aquecimento do gás de exaustão antes precedentemente para o dispositivo de pós-tratamento (26) , uma ou mais montagens de aquecimento de gás de exaustão suplementares ou alternativas (66), operáveis juntamente com o controlador (60), podem ser proporcionadas para aquecimento de gás de exaustão à jusante da turbina (22) para uma temperatura de gás de exaustão elevada, tal como uma temperatura na qual regeneração do dispositivo de pós-tratamento (26) pode ocorrer. A montagem de aquecimento de gás de exaustão suplementar (66) pode compreender um ou mais de um elemento de aquecimento resistivo na corrente de gás de exaustão; uma disposição de queimador para injeção de combustível para a corrente de gás de exaustão e combustão do mesmo em uma montagem de queimador dedicada; uma fonte de hidrocarboneto, um injetor de hidrocarboneto, e um dispositivo de catalisador, o dispositivo de catalisador, o dispositivo de catalisador elevando temperaturas de corrente de gás de exaustão por oxidação cataliticamente de hidrocarboneto injetado; um dispositivo de restrição de gás de exaustão para aplicação de uma carga de retardamento de motor para provocar que o motor venha a funcionar em uma condição de carga elevada de maneira tal que uma corrente de gás de exaustão possuindo uma temperatura elevada é produzida; e uma disposição de microondas. 0 controlador (60) é também conectado para controlar o aquecedor de exaustão (66), se proporcionado. O controlador (60) determina que uma regeneração é

requerida, fundamentado sobre um algoritmo que pode incluir tempo de rodagem (funcionamento) de motor acumulado, distância trafegada, combustível consumido, mudança de pressão através do DPF1 ou outros fatores como irão ocorrer para aqueles especializados no estado da técnica, ou recebe um sinal de que uma regeneração é necessária. 0 controlador (60) pode também ser configurado para aceitar um sinal gerado manualmente para iniciar regeneração. 0 controlador (60) irá verificar a temperatura na entrada de DPF, à jusante do catalisador, e na saída de DPF. Se as temperaturas são suficientes para suportar regeneração, o controlador (60) irá simplesmente monitorar condições sem tomada de ação adicional. Se um aumento da temperatura de gás de exaustão é necessário, o controlador (60) pode iniciar regeneração por abertura da válvula (54) para reduzir alimentação de ar de carga para a admissão de motor (12) por desvio de ar comprimido para a saída (52) do DPF (26). Como explanado anteriormente, isto irá elevar a temperatura dos gases de exaustão deixando a exaustão de motor (14). Na medida em que a regeneração prossegue, o controlador (60) irá continuar a monitorar as temperaturas e pode aumentar a abertura da válvula (54) para desviar ar adicional. Alternativamente, ou em adição, o controlador (60) pode iniciar o aquecedor suplementar (66) para elevar adicionalmente a temperatura.

Regeneração é tipicamente executada para um conjunto de período de tempo. 0 controlador irá incluir uma função de tempo decorrido (timer) para determinar quando regeneração é completa. Alternativamente, o controlador (60) pode monitorar a mudança de pressão através do DPF para determinar quando regeneração é completa.

Durante regeneração, o gás de exaustão adentrando o DPF ou outro dispositivo de pós-tratamento está em uma temperatura elevada, e o ar desviado irá diluir e refrigerar o gás antes que este venha a deixar a tubulação de escapamento (28). Depois que a regeneração é completada, o DPF, que foi aquecido para suportar regeneração, irá requerer algum tempo para refrigerar devido para sua massa térmica relativamente grande. O controlador (60) irá verificar a temperatura na saída (54) do DPF (26) e irá verificar a velocidade de motor e velocidade de veículo. Um veículo se movimentando irá dissipar gases de exaustão quentes por sua movimentação. Se o veículo está trafegando acima de uma velocidade de limiar que indica que o veículo está se movimentando sobre uma estrada ou auto-estrada, o controlador (60) irá fechar a válvula (54). A velocidade de limiar pode ser, por exemplo, de 10 milhas por hora para um caminhão de reboque longo, mas pode ser mais alta, por exemplo, de 20 mph, para um caminhão profissional, que freqüentemente opera em explosões de ciclo curto.

Velocidade de motor pode indicar se ar suficiente está sendo desviado para refrigerar os gases de exaustão. Se a velocidade de veículo ou velocidade de motor indica que o veículo está em sem carga de motor ou está trafegando em uma baixa velocidade tal como abaixo de 5 mph, o controlador (60) irá manter a válvula (54) aberta para continuar a diluir e refrigerar o gás de exaustão. O controlador (60) irá também sinalizar para o suprimento de combustível de motor e controle de turbina (para uma turbina de geometria variável) instruções apropriadas para manter a temperatura de gás de exaustão em uma temperatura normal, mais preferivelmente do que temperatura elevada para regeneração.

O controlador (60) continua a monitorar a temperatura de gás de exaustão e velocidades de motor e de veículo enquanto o DPF refrigera. A temperatura de limiar na qual o controlador (60) irá fechar a válvula (54) pode ser fundamentada sobre a velocidade de motor e/ou velocidade de veículo para condições aceitáveis para liberação de gás de exaustão não diluído. A temperatura de limiar pode ser mais alta, por exemplo, para movimentação de veículo, do que para um veículo sem carga de motor ou em baixa velocidade. O controlador (60) também irá monitorar demanda de força (energia) sobre o motor. Devido para o fato de que o ar desviado a partir do motor que vem a refrigerar o gás de exaustão não é disponível para funcionamento do motor, a saída de força de motor é limitada. Se a demanda excede um limiar, que irá depender da taxa de força de motor, o controlador (60) irá fechar a válvula (54) para possibilitar que o motor venha a desenvolver a força demandada.

Uma temperatura de gás de exaustão alvo durante

regeneração que está se tornando genericamente aceita é de 246 0C para evitar combustão de material muito perto da saída de exaustão. Uma quantidade de ar comprimido de diluição para produzir esta temperatura no gás de exaustão

é uma função do tamanho de motor e condições de operação de motor, e a seleção e controle de válvula de desvio (54) irão ser feitos em concordância com os mesmos. Como correntemente contemplado, uma válvula que pode desviar ar suficiente para diminuir temperatura de exaustão no DPF e

2 0 provocar o aumento em temperatura de exaustão de motor na

exaustão de motor possui uma capacidade de fluxo de pelo menos 0,14 kg por segundo,

O controlador (60) pode ser configurado para monitorar a temperatura na saída (52) do DPF (26) para suprir ar de

refrigeração de diluição durante outras condições. Por exemplo, um caminhão saindo da auto-estrada pode possuir altas temperaturas de exaustão, particularmente se um ciclo de regeneração tiver sido executado, e o DPF (26) pode estar em uma temperatura elevada. O controlador (60) irá

3 0 monitorar temperatura na saída (52) do DPF (26) e a

velocidade de motor e velocidade de veículo para determinar se ar de diluição é necessário, e irá abrir a válvula (54) e proporciona instruções para o sistema de abastecimento e turbina como necessário. A válvula (54) pode permanecer aberta pelo tempo necessário para o DPF refrigerar para uma temperatura aceitável, que pode ser determinada por monitoramento de temperatura em qualquer dos ou em todos os sensores de temperatura integrados no DPF, ou como um intervalo de tempo pré-determinado calculado para possibilitar tempo suficiente para a massa de DPF se refrigerar.

Um outro exemplo é durante a utilização de equipamento de derivação de energia [power take off equipment - (PTO)]. Equipamento PTO é tipicamente utilizado em veículos estacionários ou se movimentando vagarosamente, que poderiam elevar situações de dispersão de calor. 0 controlador (60) atua neste caso fundamentado sobre as leituras de temperatura em um ou mais dos sensores de temperatura de entrada de DPF (80), sensores de temperatura de catalisador (82), e sensores de temperatura de lateral de exaustão de DPF (84), da maneira descrita anteriormente.

Uma lâmpada ou indicador visual podem ser proporcionados na cabine do veículo para alertar um motorista ou operador de que a temperatura de exaustão está acima da temperatura de operação normal. Isto pode ser em adição para um indicador para a operação de regeneração.

Em adição, um controle manual pode ser proporcionado para possibilitar a um motorista ou operador iniciar um ciclo de refrigeração de gás de exaustão. Isto pode ser desejável, por exemplo, para um caminhão profissional, tal como um misturador de concreto, onde operação do dispositivo de derivação de força coloca uma carga sobre o motor elevando a temperatura de gás de exaustão para um nível inaceitável para condições locais. O operador pode iniciar refrigeração, e o controlador (60) irá operar como descrito anteriormente para proporcionar ar de diluição para refrigerar a temperatura de gás de exaustão.

Controle para iniciação de refrigeração de exaustão durante utilização de dispositivo de derivação de força pode alternativamente ser gerado por um sinal entregue pelo dispositivo de derivação de força para o controlador (60).

Em concordância com uma concretização alternativa da presente invenção, mostrada na Figura 2, uma ventoinha ou compressor dedicada/o (70) é conectada/o pelo conduíte (50) para entregar ar para o gás de exaustão deixando o DPF (26). O controlador (60) irá monitorar temperaturas na entrada de DPF (80), à jusante do catalisador (82) e na saída de DPF (84) da maneira descrita anteriormente para ativação da ventoinha (70) para entregar ar para a exaustão durante situações de temperatura de exaustão alta e bem como durante regeneração, exceto que ar a partir do compressor (30) não é desviado para a corrente de gás de exaustão, tanto como parte do ciclo de regeneração ou quanto para refrigeração do gás de exaustão durante outras operações de veículo ou de motor. Conseqüentemente, o controlador (60) irá tomar uma outra medida como descrito, para aquecer os gases de exaustão para regeneração de DPF. 0 motor (10) nesta concretização da presente invenção pode incluir um circulo (Ioop) de reciclagem de compressor (72) para aquecimento do gás de exaustão como descrito no pedido de patente internacional número PCT/US2006/01231 para regeneração, com uma válvula (74) incluída para controlar o fluxo de ar de compressor sendo reciclado para a entrada lateral do compressor (30) . A válvula (74) é conectada para controle pelo controlador (60). Nesta concretização da presente invenção, uma montagem aquecedora (66) pode também ser proporcionada como a fonte de calor primária ou secundária para regeneração de pós-tratamento. Quanto aos outros aspectos para refrigeração dos gases de exaustão, a concretização da Figura 2 irá atuar da mesma maneira como aquela descrita em conexão com a Figura 1.

A Figura 3 é uma representação gráfica do efeito da presente invenção sobre temperatura de gás de exaustão durante regeneração como determinado durante ensaio (teste) . Temperatura foi mensurada em 150 mm a partir da saida do escapamento de exaustão. nGAS IN" é a temperatura na entrada para a tubulação de escapamento de exaustão de gás de exaustão. nPIPE" é a temperatura de saída do gás de exaustão deixando a extremidade de uma tubulação de escapamento de exaustão convencional. nDIFF" mostra a temperatura da exaustão deixando um difusor como apresentado no pedido de patente anteriormente mencionado para Dickinson e outros, de número PCT/US2006/048888. O difusor compreende uma caixa montada sobre a extremidade de uma tubulação de escapamento de exaustão e possuindo paredes de malhas para dispersar gás de exaustão ao longo de um maior volume de espaço do que proporcionado pela saída de tubulação unicamente. nPIPE + ETR" mostra a temperatura de gás de exaustão a partir de uma tubulação convencional com diluição por ar comprimido em concordância com a presente invenção. "DIF + ETR" mostra a temperatura de exaustão quando o difusor é combinado com diluição de ar comprimido.

No presente pedido de patente, a utilização de expressões tais como "incluindo" é empregada de maneira abrangente e é intencionada para possuir o mesmo significado como expressões tais como "compreendendo" e não exclui a presença de outra estrutura, material, ou atos. Similarmente, não obstante a utilização de expressões tais como "pode" ou "poderia" seja intenciona para ser empregada de maneira também abrangente e para refletir aquela estrutura, material ou atos que não são necessários, a falha na utilização de tais expressões não é intencionada para refletir aquela estrutura, material, ou atos que são essenciais. Na extensão em que aquela estrutura, material, ou atos que são presentemente considerados serem essenciais, os mesmos são identificados como tais.

Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência para concretizações especificas, deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a mesma não deve ser considerada como sendo limitada para estas concretizações exemplificativas e vantajosas descritas anteriormente, mas certamente, um número de variações e de modificações adicionais é conceptível sem se afastar do espirito e do escopo da presente invenção que é unicamente limitada pela proteção estabelecida nas reivindicações de patente posteriormente.

Claims

1. Um aparelho para diminuição da temperatura de gás de exaustão de um motor de combustão interna em um veiculo possuindo um dispositivo de tratamento de gás de exaustão antes que o gás de exaustão da saída venha a sair para o ambiente, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de ar; um conduíte conectando a fonte de ar para uma tubulação de gás de exaustão à jusante de um dispositivo de tratamento de gás de exaustão; uma válvula para controlar um fluxo do ar comprimido; um controlador para seletivamente abrir a válvula para direcionar ar a partir da fonte de ar para a tubulação de exaustão; e, pelo menos um sensor de temperatura disposto na tubulação de exaustão à montante de uma junção do conduíte para mensurar temperatura de ar de exaustão e proporcionar um sinal de temperatura para o controlador para controle de abertura e de fechamento da válvula.

2. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de ar é um compressor de um supercharger.

3. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o supercharger é um turbocompressor.

4. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de ar é uma ventoinha.

5. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende recurso para proporcionar um sinal para o controlador indicando uma velocidade de veículo, o controlador seletivamente abrindo a válvula se a velocidade de veículo está abaixo de um valor de referência.

6. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna inclui um elemento de filtro para coletar matéria de particulado na exaustão e um sistema de regeneração para oxidação da matéria de particulado, o controlador conectado para monitorar status de sistema de regeneração.

7. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um sensor de temperatura para sensoriamento de uma temperatura do elemento de filtro e conectado para proporcionar um sinal de temperatura de filtro para o controlador para controle de abertura e de fechamento da válvula.

8. 0 aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um comutador operado manualmente conectado para o controlador para direcionar o controlador para abrir a válvula.

9. Um aparelho de refrigeração de exaustão para um motor de combustão interna possuindo um supercharger entregando ar comprimido para uma admissão de motor e possuindo um dispositivo de pós-tratamento de exaustão requerendo regeneração para queimar matéria de particulado coletada, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro conduíte conectando uma saída de um compressor do supercharger para uma entrada de ar do motor; um segundo conduíte conectando a saída do compressor do supercharger para uma tubulação de exaustão à jusante do dispositivo de pós-tratamento; uma válvula no conduíte para controlar fluxo através do segundo conduíte; um controlador para seletivamente abrir a válvula para entrega de ar a partir do compressor para a tubulação de exaustão para refrigeração do gás de exaustão; e, pelo menos um sensor de temperatura disposto na tubulação de exaustão à montante de uma junção do segundo conduíte para mensurar temperatura de ar de exaustão e proporcionar um sinal de temperatura para o controlador para controle de abertura e de fechamento da válvula.

10. O aparelho de refrigeração de exaustão de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende recurso para proporcionar um sinal para o controlador indicando uma velocidade de veículo, o controlador seletivamente abrindo a válvula se a velocidade de veículo está abaixo de um valor de referência.

11. Um método para refrigeração de gás de exaustão em um motor de combustão interna possuindo um filtro de particulado e um sistema de regeneração para oxidação de matéria de particulado coletada no filtro de particulado, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de: sensoriamento de uma temperatura de um fluxo de gás de exaustão em uma saída do filtro de particulado; sensoriamento de uma velocidade de veículo; direcionamento de um fluxo de ar para o fluxo de gás de exaustão à jusante do filtro de particulado se a temperatura está acima de uma temperatura de limiar selecionada e a velocidade de veículo está abaixo de uma velocidade selecionada; e, - continuando o fluxo de ar para o fluxo de gás de exaustão até que a temperatura esteja abaixo de uma temperatura de limiar selecionada ou a velocidade de veículo esteja acima da velocidade selecionada.

12. 0 método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende controle de um volume do fluxo de ar responsivo para uma temperatura mensurada no fluxo de gás de exaustão.

13. O método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar é gerado por um compressor tracionado por uma turbina de exaustão e o volume do fluxo de ar é controlado por controle da velocidade de motor.

14. 0 método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que é feito direcionamento de um fluxo de ar por abertura de uma válvula em uma linha de suprimento de ar conectada a tubulação de exaustão, e em que o volume do fluxo de ar é controlado por controle da quantidade de abertura da válvula.

15. O método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar é gerado por uma ventoinha e o volume do fluxo de ar é controlado por aumento de uma velocidade da ventoinha.