BRPI0901624B1

BRPI0901624B1 - sistema de motor de combustão interna, e, máquina mecânica que opera em um ambiente significativamente carregado de contaminantes

Info

Publication number: BRPI0901624B1
Application number: BRPI0901624A
Authority: BR
Inventors: D Sheidler Alan; A Schindler Rodney
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2019-12-24
Also published as: BRPI0901624A2; AR074522A1; US20090293836A1; RU2009118473A; EP2128394A2; RU2509911C2; EP2128394B1; EP2128394A3; US7833301B2

Abstract

sistema aspirador de pré-filtro de ar para um motor de combustão interna, sistema de motor de combustão interna, máquina mecânica que opera em um ambiente significativamente carregado de contaminantes e sistema de resfriamento de exaustão compacto para um motor de combustão interna. e descrito um difusor para uma máquina mecânica que tem um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar com um dispositivo de pós-tratamento de exaustão que periodicamente eleva as temperaturas da exaustão a um alto nível. o difusor tem uma seção venturi e os contaminantes em excesso de um pré-filtro de ar de admissão são direcionados para o estrangulamento do venturi para aspirar e dispor os contaminantes em excesso, ao mesmo tempo resfriando o fluxo de exaustão. aberturas adicionais na seção divergente do difusor assistem na provisão de significativas reduções nas temperaturas de exaustão em um pequeno envelope axial.

Description

SISTEMA DE MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, E, MÁQUINA MECÂNICA QUE OPERA EM UM AMBIENTE SIGNIFICATIVAMENTE CARREGADO DE CONTAMINANTES

Campo Da Invenção [001] A invenção diz respeito a aspiradores para sistemas de limpeza de ar e, mais especialmente, a aspiradores usados com motores de combustão interna.

Fundamentos Da Invenção [002] A classe de máquinas mecânicas utilizadas para aplicações agrícolas, industrial e outros denominadas máquinas mecânicas tipicamente opera em ambientes altamente contaminados, tornando assim a função de limpeza do ar usada por um motor de combustão interna que respira ar especialmente importante. Em nenhuma outra parte, isto é tão importante quanto no campo agrícola onde a máquina mecânica está em um campo colhendo lavouras que geram significantes contaminantes na forma de resíduos de cereais e sujeira. É necessário que tais máquinas tenham um préfiltro, uma vez que o nível ambiente de contaminante é tão significativo. Um filtro sonzinho rapidamente ficaria entupido.

[003] No presente ambiente, pré-filtros são empregados a montante do filtro primário para o sistema de admissão do motor. Tais pré-filtros assumem várias formas, mas, da maneira usada comercialmente, são sistemas que conferem um movimento centrífugo ao ar que vai até a entrada do filtro de ar primário. Tal movimento centrífugo faz com que contaminantes mais densos sejam lançados na periferia externa do pré-filtro, deixando o ar menos contaminado sair para o filtro primário através de uma entrada central. Tais pré-filtros têm uma saída para os contaminantes acumulados e algumas unidades têm essa saída conectada a um aspirador posicionado em um amortecedor posicionado no sistema de exaustão do motor.

[004] Com o advento de aplicação de regulamentações de emissões

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 11/20 / 7 pela agência de proteção ambiental (EPA) às máquinas mecânicas fora de estrada, torna-se necessário empregar dispositivos de pós-tratamento da exaustão, incluindo filtros de particulados diesel. Tais dispositivo exigem queima periódica das partículas de fuligem acumuladas para impedir entupimento do filtro de particulados. O processo de limpeza de tais partículas, normalmente referido como regeneração, causa um significativo aumento na temperatura da exaustão, atingindo níveis altos de até 600°C. Esta elevada temperatura representa um problema potencial no ambiente de trabalho contaminado.

[005] Dessa maneira, existe uma necessidade na tecnologia de prover uma maneira efetiva e compacta de resfriar a exaustão do motor, provendo ao mesmo tempo uma maneira de descarregar contaminantes coletados em um pré-filtro.

Sumário Da Invenção [006] Em uma forma, a invenção é um sistema aspirador de pré-filtro de ar para um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar que tem uma admissão de ar e uma exaustão para os produtos da combustão a elevadas temperaturas. O motor tem um pré-filtro fluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, o pré-filtro impedindo o fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar do motor e acúmulo de tais contaminantes. O pré-filtro tem uma saída para tais contaminantes. O sistema aspirador do pré-filtro inclui um elemento que define um caminho de fluxo primário para a exaustão do motor, o elemento tendo uma seção venturi. Um tubo tem uma saída no elemento adjacente à seção venturi, o tubo sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtro para contaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambiente sejam arrastados para o tubo, e através dele. O elemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente no caminho de fluxo primário para resfriar a corrente de exaustão do motor adjacente ao elemento.

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 12/20 / 7 [007] Em uma outra forma a invenção é um sistema de motor de combustão interna que tem um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar, com uma admissão de ar e uma exaustão para produtos da combustão. O sistema prós-tratamento de exaustão que recebe os produtos da combustão gera temperaturas periódicas significativamente elevadas. Um sistema de filtração de ar incluindo um pré-filtro é fluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, o pré-filtro impedindo o fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar do motor e acumula tais contaminantes, o pré-filtro tendo uma saída para tais contaminantes. Um elemento que define um caminho de fluxo de fluido primário para a exaustão do motor do dito sistema de pós-tratamento da exaustão tem uma seção venturi. Um tubo tem uma saída no elemento e adjacente à seção venturi, os dois sendo fluidicamente conectados na saída do pré-filtro para contaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambiente sejam arrastados para o tubo, e através dele, para resfriar a exaustão. O elemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente para resfriamento adicional da exaustão do motor.

[008] Em uma outra forma, a invenção é uma máquina mecânica que opera em um ambiente significativamente carregado com contaminantes, a máquina mecânica tendo um trem de potência para propelir e acionar funções de processamento da máquina mecânica. Um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar tem uma admissão de ar e uma exaustão para produtos da combustão. Um sistema de pós-tratamento da exaustão recebe a exaustão do dito motor e gera temperaturas periódicas significativamente elevadas. Um sistema de filtração de ar inclui um pré-filtro fluidicamente conectado na admissão de ar do motor, e a montante dela, o pré-filtro impedindo fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar do motor e acúmulo de tais contaminantes. O pré-filtro tem uma saída para tais contaminantes. Um elemento que define um caminho de fluxo de fluido

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 13/20 / 7 primário recebe exaustão do motor do sistema de pós-tratamento da exaustão, o elemento tendo uma seção venturi. Um tubo com uma saída no elemento e adjacente à seção venturi é fluidicamente conectado na saída do pré-filtro para contaminantes de forma que os contaminantes e o ar ambiente sejam arrastados para o tubo, e através dele, para resfriar a exaustão. O elemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente para resfriamento adicional da exaustão do motor.

[009] Também em uma outra forma, a invenção é um sistema de resfriamento de exaustão compacto para um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar que tem uma admissão de ar e uma exaustão para os produtos de combustão a elevadas temperaturas. O dito sistema inclui um elemento que tem uma parede anular que define um caminho de fluxo primário para exaustão do motor, o elemento tendo uma seção venturi. Pelo menos um tubo tem uma saída no elemento adjacente à seção venturi, o tubo sendo fluidicamente conectado no ambiente de forma que o arranjo de resfriamento seja arrastado para o tubo, e através dele. O elemento tem pelo menos uma entrada para ar ambiente no caminho de fluxo primário através da parede anular para resfriar a corrente de exaustão do motor adjacente à parede do elemento.

Descrição Resumida Dos Desenhos [0010] A figura 1 é uma vista esquemática de uma máquina mecânica na qual a presente invenção é empregada.

[0011] A figura 2 é uma vista lateral de um aspirador do pré-filtro de ar incorporado no esquema da figura 1.

Descrição Detalhada Da Invenção [0012] Referindo-se à figura 1, está mostrada uma parte de uma máquina mecânica 10 na forma de um veículo agrícola, particularmente o trem de acionamento da extremidade traseira do veículo. Embora mostrada como um veículo agrícola, é possível que a máquina mecânica 10 possa ser na

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 14/20 / 7 forma de um tipo diferente de máquina mecânica, tal como um veículo de construção ou florestal.

[0013] A máquina mecânica 10 inclui uma transmissão 12 que fornece potência motriz à máquina mecânica 10, bem como acionar os componentes de colheita e processamento da lavoura agrícola, bem como vários dispositivos acessórios hidráulicos. A transmissão 12 é acionada por um motor de combustão interna que consome combustível e respira ar, mostrado no geral por 14. O motor de combustão interna 14 despeja os produtos da combustão em uma linha de exaustão 16 que estende-se até uma turbina 18 que aciona um compressor 20 por meio de uma interconexão mecânica 22. A exaustão da turbina 18 passa pela linha 24 até um dispositivo de pós-tratamento de exaustão 26.

[0014] O dispositivo de pós-tratamento da exaustão 26 pode incorporar inúmeros elementos que normalmente incluem um catalisador de oxidação e um filtro de particulados, ambos os quais não estão mostrados para simplificar o entendimento da invenção. O filtro de particulados descarrega gases através de uma linha 28 em um difusor 30 a ser descrito a seguir e finalmente em uma linha de saída 32 onde ele é exausto no ambiente. O filtro de particulados no dispositivo 26 exige regeneração periódica de partículas de carbono acumuladas no filtro pela elevação da temperatura a montante a cerca de 300 °C. Isto faz com que partículas de fuligem no filtro queimem, aumentando assim a temperatura da exaustão até cerca de 600°C, que exige controle pelo difusor 30 para levar a temperatura para limites aceitáveis.

[0015] O ar ambiente passa pela linha de entrada 34 através de um pré-filtro 36 e linha 38 até um filtro de ar primário 40. A saída 42 do filtro de ar primário 40 passa para o compressor 20 e daí através de uma linha 44, normalmente através de um pós-refrigerador ou interrefrigerador 46 para a admissão 48 para o motor de combustão interna 14.

[0016] A máquina mecânica 10 tem dois conjuntos de materiais que

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 15/20 / 7 precisam ser dispostos. Primeiro é material do pré-filtro 36. O pré-filtro 36 normalmente envolve alguma forma de dispositivo que confere um fluxo centrífugo ao ar que passa da entrada 34 de forma que as partículas mais pesadas girem para uma periferia e sejam coletadas em uma linha de saída 50. Dispositivos de pré-filtro deste tipo são comercialmente disponíveis de inúmeras empresas. Ao mesmo tempo, o material dos detritos e contaminantes em excesso precisa ser disposto da linha 50, o ar a jusante do filtro de particulados na linha 28 precisa ser resfriado. De acordo com a presente invenção, o difusor mostrado com detalhes na figura 2 é empregado.

[0017] O difusor, indicado no geral pelo caractere de referência 30, tem uma extremidade de entrada 54 conectada na linha 28 a partir do dispositivo de pós-tratamento 26 e uma saída 56 conectada na linha de exaustão 32 que leva ao ambiente. A entrada do difusor 52 tem uma seção de entrada inicial 58 que leva a uma seção anular convergente 60, um estrangulamento 62, seção divergente 64 e seção de saída 66 para formar um venturi. Como ilustrado, as várias seções são anulares na seção transversal, embora alguma variação em relação a anular possa ser empregada. Deve-se notar que a área de fluxo seccional transversal da seção de entrada 58 que leva à seção convergente 60 é menor que a área de fluxo da seção a jusante e da divergente 64, à medida que ela intercepta a seção de saída 66. Um tubo 68 estende-se através da parede da seção de entrada 58 e curva 90 o para uma saída 70 posicionada aproximadamente adjacente à extremidade a montante do estrangulamento 62. O tubo 68 é conectado na linha 50 que vai do préfiltro 36 e estende-se até o difusor em um ângulo reto até o eixo geométrico longitudinal do difusor 30 e curva para ter uma saída paralela ao fluxo de ar primário através do difusor 30. A área de fluxo seccional transversal do tubo 68 é suficientemente grande para deixar passar tamanhos de partículas contaminantes esperadas com o ar ambiente.

[0018] Pelo menos uma, e preferivelmente uma pluralidade de

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 16/20 / 7 aberturas 72 é provida adjacente à extremidade a montante da seção divergente 64. Aberturas 72 proporcionam e permitem a passagem de ar do ambiente para o interior da seção do difusor 64.

[0019] Em operação, o motor de combustão interna 14 exige um fluxo de ar de entrada que passa pelo pré-filtro 36 à medida que a máquina mecânica 10 desloca em ambientes altamente contaminados, tal como colhendo lavouras no campo, detritos em excesso passam para o pré-filtro 36, onde eles são centrifugamente direcionados para ser coletados pela linha 50. À medida que o fluxo de exaustão passa do dispositivo de pós-tratamento da exaustão 26, o ar que passa pela saída 70 do tubo 68 causa uma queda na pressão que, por sua vez, arrasta ar da linha 50 pela aspiração através do tubo 68 e para fora da saída 70, onde ele é misturado com o fluxo de exaustão. Além de dispor os contaminantes em excesso, o fluxo ambiente do pré-filtro 36 causa uma redução na temperatura no fluxo da linha 28, particularmente com os dispositivos de pós-tratamento da exaustão sendo regenerados. As aberturas 72, providas na parte a montante da seção divergente 64, fornecem fluxo adicional de ar ambiente para resfriar as paredes da seção do difusor para prover assim uma sinergia onde o fluxo do pré-filtro resfria o núcleo do fluxo através do difusor 52 e o ar da abertura 72 proporciona resfriamento das paredes. Dessa maneira, o difusor 52 não somente proporciona disposição dos contaminantes em excesso do pré-filtro, mas resfria o fluxo de exaustão direcionado através da saída 32 para um nível controlável para o ambiente operacional da máquina mecânica. Deve-se notar que a função de resfriamento dupla permite reduções de temperatura significativas em um envelope axial relativamente pequeno e pode ser usada para resfriar o fluxo de exaustão independente de uma função de aspiração.

[0020] Tendo sido descrita a modalidade preferida, fica aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção, definido nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de motor de combustão interna compreendendo:

um motor de combustão interna (14) que consome combustível e respira ar que tem uma admissão de ar (48) e uma exaustão para produtos de combustão em temperaturas elevadas;

um sistema de aspirador de pré-filtro de ar incluindo um préfiltro (36) fluidicamente conectado na admissão de ar (48) do motor, e a montante dela, o pré-filtro (36) impedindo fluxo de contaminantes maiores para a admissão de ar (48) do motor e acumulando tais contaminantes, o préfiltro (36) tendo uma saída para tais contaminantes;

um elemento (30) definindo um caminho de fluxo de fluido primário para exaustão do motor do sistema de pós-tratamento de exaustão, o elemento (30) tendo uma seção venturi;

um tubo (68) tendo uma saída (70) no elemento (30) e adjacente à seção venturi, o tubo (68) sendo fluidicamente conectado na saída do pré-filtro (36) para contaminantes de forma que contaminantes e ar sejam arrastados para o tubo (68), e através dele, para resfriar a exaustão;

caracterizado pelo fato de que um sistema de pós-tratamento da exaustão (26) que gera temperaturas periódicas significativamente elevadas é provido na corrente de exaustão do motor entre a exaustão do motor (14) e o elemento (30);

o elemento (30) tendo pelo menos uma abertura (72) para ar ambiente para resfriar ainda mais a exaustão do motor.
2. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento (30) tem uma seção convergente (60), estrangulamento (62) e seção divergente (64) a jusante conectada no estrangulamento (62), a saída (70) do tubo (68) sendo na parte a montante do estrangulamento (62).
3. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a

Petição 870190093089, de 17/09/2019, pág. 18/20

2 / 2 reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a área de fluxo na parte a montante da seção convergente (60) é menor que a área de fluxo no lado a jusante da seção divergente (64).
4. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo (68) tem uma área de fluxo seccional transversal suficientemente grande para carregar contaminantes para o caminho de fluxo primário.
5. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o caminho de fluxo primário é definido por uma parede anular e a parede tem uma pluralidade de aberturas (72) que forma uma entrada para ar ambiente para resfriar o caminho de fluxo primário adjacente à parede.
6. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as paredes do elemento (30) formam uma seção convergente (60), de estrangulamento (62) e divergente (64), a pluralidade de aberturas (72) sendo posicionada no início da seção divergente (64).
7. Sistema de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tubo (68) entra no elemento (30) em um ângulo reto com o caminho de fluxo primário, o tubo (68) sendo curvo para ter uma descarga paralela ao caminho de fluxo primário através do elemento (30).
8. Máquina mecânica (10) que opera em um ambiente significativamente carregado de contaminantes caracterizada pelo fato de que compreende:

um trem de potência para propelir e acionar as funções de processamento da máquina mecânica (10);

um sistema de motor de combustão interna como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.