BRPI0902161A2 - separador de partìculas e método para a separação de partìculas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

SEPARADOR DE PARTìCULAS E MéTODO PARA A SEPARAçãO DE PARTICULAS DE UM FLUXO DE GAS DE ESCAPE DE UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. A presente invenção refere-se a um separador de partículas para a separação de partículas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, sendo que pelo separador de partículas pode circular pelo menos por seções um fluxo de gás de escape. De acordo com a invenção, é formada no separador de partículas (1) uma quantidade pré-determinada de células de circulação (4), nas quais um fluxo de gás de escape (2) entra e/ou sai através de uma seção de parede lateral (13) na direção de circulação principal (x) da respectiva célula de circulação (4) e que é formado em pelo menos um volume armazenador (12) para a armazenagem de partículas (3) vindas do fluxo de gás de escape (2)

Description

"SEPARADOR DE PARTÍCULAS E MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DEPARTÍCULAS DE UM FLUXO DE GÁS DE ESCAPE DE UM MOTOR DECOMBUSTÃO INTERNA".

A invenção refere-se a um separador de partículas para aseparação de partículas de um fluxo de gás de escape deum motor de combustão interna, de acordo com o conceitogeral da reivindicação 1, assim como a um método para aseparação de partículas de um fluxo de gás de escape deum motor de combustão interna, de acordo com o conceitogeral da reivindicação 35.

No caso da combustão em motor diesel, como também no casoda injeção direta em motores Otto, ocorre uma emissão departículas, que, entre outras coisas, que surgem atravésda combustão incompleta do combustível e são compostas depreferência de carbono de superfície elevada. Paraqueimar esse carbono de superfície elevada, a publicaçãoGB 895, 990 A propõe queimar esse carbono com N02 comoagente de oxidação ao invés de oxigênio.

Além disso, é conhecido a partir da publicação US4,902,487 separar partículas de carbono em um filtro e emseguida oxidar através de N02. Para produzir o N02, o NOpresente no fluxo de gás de escape do motor de combustãointerna, pode ser oxidado em um catalisador contendoplatina, formando então o N02 - A porcentagem do N02 narazão para o N0X total, neste caso, é nitidamenteaumentada, sendo que essa reação inicia a partir de maisou menos 180° C. A combustão das partículas por N02, emcontrapartida, inicia sob temperaturas a partir de 2 50°C. Uma oxidação de partículas na fase gasosa praticamentenão se realiza. Neste caso, é necessária uma adição emmatéria sólida para obter um tempo de permanênciasuficiente o que normalmente é realizado medianteutilização de um filtro de partículas.

Uma desvantagem essencial de um controle de processodesse tipo, porém, reside na alta contra-pressão de gásde escape, que é provocada pelo filtro. Essa desvantagemse torna patente pelo elevado consumo de combustível.Além disso, durante a operação se depositam no filtrotambém componente não combustíveis, como por exemplocinzas de óleo lubrificante. Desse modo, a contra-pressãode gás de escape vai aumentando cada vez mais, de formaque o filtro precisa ser regularmente e freqüentementetrocado para evitar um consumo de combustível ainda maiorassim como, se necessário, para evitar uma danificação domotor de combustão interna. Além disso, em caso de umaoxidação insuficiente, pode ocorrer um acúmulo cada vezmaior de fuligem, acabando por produzir o entupimento dofiltro.

Para evitar essas desvantagens, já é conhecido a partirda publicação EP 1 072 765 BI utilizar um separador departículas sem filtro, no qual o fluxo de gás de escape éconduzido ao longo de uma superfície estruturada, assimcomo constantemente desviado para poder separarpartículas finas por meio especialmente de difusão, dofluxo de gás de escape - Porém é desvanta j oso o fato denão haver muitas vezes N02 suficiente, devido àstemperaturas de gás de escape que se alternamconstantemente, e devido às emissões brutas de NOx que sealternam constantemente em motores de combustão internade operação transitória, como é o caso em veículos, paraoxidar a fuligem separada. Isso significa que o separadorde partículas precisa armazenar as partículas até que háNO2 suficiente em um momento posterior para a oxidação dafuligem separada. Para assegurar essa medida, é propostona publicação DE 101 53 284, na publicação 101 53 283 ena publicação DE 201 178 73 Ul, armazenar as partículas separadas em um não tecido. Naturalmente, as quantidadesde partículas assim armazenáveis são relativamentepequenas devido ao baixo volume do não tecido. Alémdisso, a fabricação do não-tecido exige um alto custo.

Por outro lado, é tarefa da presente invenção,disponibilizar um separador de partículas assim como ummétodo para a separação de partículas de um fluxo de gásde escape de um motor de combustão interna, por meio doqual poderiam ser separadas partículas do fluxo de gás deescape de modo seguro e fácil.

Essa tarefa é solucionada com relação ao separador departículas, através das características da reivindicação1. Com relação ao método, essa tarefa é solucionadaatravés das características da reivindicação 35. Arranjosvantajosos, neste caso, são, respectivamente objeto dasreivindicações dependentes a que ela se refere.De acordo com a invenção, no separador de partículas éformada uma quantidade pré-determinada de células decirculação, na qual um fluxo de gás de escape entra e/ousai através de uma parede lateral das respectivas célulasde circulação, e na qual pelo menos um volume armazenadorpara a armazenagem de partículas é formado a partir dofluxo de gás de escape. Para fluxos de entrada ou desaída desse tipo do fluxo de gás de escape, através deuma parede lateral de uma célula de circulação,especialmente através de pelo menos um orifício depassagem formado em uma parede lateral desse tipo dacélula de circulação, pode ser feito, por um lado, demaneira simples e com total confiabilidade de serviço, umdesvio permanente do fluxo de gás de escape dentro doseparador de partículas ou uma divisão do fluxo de gás deescape em uma pluralidade de fluxos parciais de gás deescape individuais, sendo que zonas de circulação e/outurbulências são geradas por meio das quais em seguidapode ser facilmente estabelecida uma separação daspartículas de um fluxo de gás de escape. De acordo com ainvenção, a armazenagem ou armazenagem intermediária daspartículas ocorre, neste caso, nos volumes armazenadoresou zonas de circulação formados pela própria célula decirculação, que formam seções desacopladas da circulaçãona célula de circulação, através dos orifícios depassagem laterais, nas quais não existe ou está presenteapenas uma velocidade de circulação pequena, que porémrepresentam um volume suficientemente grande para poderali armazenar as partículas.Entende-se, neste caso, por parede lateral a seção daparede lateral com relação à direção de circulaçãoprincipal, que fica alinhada basicamente paralelamente àdireção de circulação principal. Em contrapartida, asparedes das células formadas em sentido transversal ádireção de circulação principal, formam paredes de fundoou frontais para fins de uma melhor diferenciação.O separador de partículas apresente, preferivelmente, umapluralidade de células de circulação, visto na direção decirculação principal do fluxo de gás de escape, que ficamuma atrás da outra e/ou uma ao lado da outra e/ousobrepostas entre si, que, visto na seção transversalatravés do separador de partículas, formam um perfilalveolar. Através de uma pluralidade assim de células decirculação individuais é possível um desvio do fluxo degás de escape especialmente eficaz mediante formação dezonas de circulação e/ou zonas de turbulência, o que porsua vez acarreta uma separação efetiva de partículas,especialmente de partículas finas, por difusão nosvolumes armazenadores.

Conforme já anteriormente sugerido, o volume armazenadorde cada célula armazenadora é formado preferivelmente porpelo menos um volume de espaço morto do tipo furo cego,especialmente por pelo menos um segmento de canal decélulas de circulação do tipo furo cego. Essas podem serfabricadas facilmente e a baixo custo.

As células de circulação apresentam, preferivelmente, emuma seção pré-determinada da parede lateral pelo menos umorifício de passagem que forma orifícios de fluxo deentrada e de fluxo de saida. Neste caso, estápreferivelmente previsto que cada célula de circulaçãoapresente pelo menos um orifício de passagem em relação acada célula de circulação adjacente a uma seção de paredelateral. Especialmente, neste caso, é preferível quecélulas de circulação adjacentes na direção de circulaçãoprincipal fiquem dispostas em zigue-zague entre si, demodo que um orifício de fluxo de saída de uma primeiracélula de circulação forme um orifício de fluxo deentrada de uma segunda célula de circulação.0 volume de espaço morto do tipo furo cego é formado,visto na direção de circulação principal do fluxo de gásde escape, em pelo menos uma seção final no lado frontalde cada célula de circulação, sendo que esse volume deespaço morto do tipo furo cego fica também disposto,visto na direção de circulação principal do fluxo de gásde escape, antes e/ou após pelo menos um orifício depassagem. Com isso, o volume armazenador das partículas aserem separadas pode ser formado de modo construtivamentefácil, nas células de circulação individuais.De acordo com um arranj o preferivelmente concreto, ovolume de espaço morto do tipo furo cego através de umaparede de fundo de choque alinhada basicamente em sentidoperpendicular á direção de circulação principal, queforma consequentemente uma parede frontal ou de fundoalinhada em sentido perpendicular à direção de circulaçãoda célula de circulação.

A oxidação das partículas contendo carbono, separadas,pode ser feita ou acelerada mediante aumento datemperatura do gás de escape e/ou com auxílio de NO2formado em um catalisador para a oxidação de NO.Nos volumes de espaço morto acima descritos do tipo furocego, pode ser armazenada uma grande quantidade departículas, especialmente de fuligem. Naturalmente o N02necessário para a oxidação das partículas penetra,principalmente através do processo relativamente lento dadifusão, dentro dos volumes de espaço morto. Isso podefazer com que a oxidação de partículas seja relativamenteruim devido a uma falta de NO2 local, condicionado pelacondução muito lenta de dioxido de nitrogênio, nos furoscegos, por exemplo, como volumes armazenadores. Por essarazão, é conveniente conduzir uma pequena parte dacirculação contendo NO2 na forma de um bypass através dofuro cego, por exemplo, como volume armazenador. Nestecaso, porém, deve-ser observar atentamente ao fato de avelocidade de circulação não seja alta demais a fim deimpedir uma evacuação das partículas capturadas. 0 fluxobypass pode ser feito mediante perfuração da seção deparede dos volumes armazenadores e/ou mediante uso de ummaterial poroso. Especialmente em conexão com aperfuração dos volumes armazenadores formados por exemplocomo furo cego, mostrou-se vantajoso não deixar sair maisdo que 30% do fluxo de gás de escape de uma respectiva seção de circulação através dos furos cegos por exemplo afim de impedir um redemoinho das partículas aliseparadas.

A principio, neste caso, podem ser formadas basicamenteiguais, em um separador de partículas, todas as células de circulação ou pelo menos uma grande parte pre-determinada delas especialmente com relação à suadisposição ou configuração e/ou tamanho. Com isso, épossível assegurar que em cada célula de circulação seformem basicamente condições de circulação sempre iguais.

Alternativamente, também pode ser previsto que se j amprevistas diferentes células de circulação, que sediferenciam com relação à condições de circulação,especialmente com relação à velocidade de circulação e/ouao tempo de retenção do fluxo de gás de escape narespectiva célula de circulação, a fim de separarpartículas de diferente, definida ordem de grandeza, nasentão diferentes células de circulação. Essas diferentescélulas de circulação podem apresentar, por exemplo,seções transversais de circulação livres de diferentestamanhos. Com diferentes células de circulação desse tiposão formadas diferentes seções de circulação, por exemplozonas de circulação e/ou zonas de tolerância, queasseguram a separação das partículas finas por difusão,enquanto, em outras seções, preferivelmente espacialmente separadas, a velocidade de circulação do fluxo de gás deescape aumenta de tal forma e esse fluxo de gás de escapeé em seguida desviado tão abruptamente que as partículasmais pesadas não podem mais seguir o fluxo de gás deescape na seção do desvio, devido à sua elevada inérciae segue basicamente em frente - Á j usante desse desvio,estão previstos por exemplo os volumes armazenadores, nos quais as partículas podem ser capturadas.

Preferivelmente, o separador de partículas apresentameios, através dos quais o fluxo de gás de escape podeser repetidamente desviado e/ou dividido em fluxosparciais de gás de escape e/ou acelerado e/ou retardadono separador de partículas, a fim de poder assegurar asdiferentes exigências quanto à separação de partículas emconexão com um separador de partículas, de acordo com ainvenção. Neste caso, existem diferentes possibilidades.Uma estrutura especialmente favorável em termos de custosdo separador de partículas torna-se possível quando estaé formada como separador de placas composto de umapluralidade de placas separadoras conectadas entre si emcamadas sobrepostas, que formam um bloco de placas. Asdiferentes seções de circulação e/ou seções de desvioe/ou seções de separação e/ou seções coletoras e/ou asseções armazenadoras e/ou os orifícios de passagem podem,neste caso, visto de forma totalmente geral, através detransformações de material e/ou deformações de materiale/ou de estampagens de material e/ou de rebaixos nomaterial, ser formados de modo simples em seções pre-determinadas de pelo menos uma parte das placasseparadoras de um bloco de placas - Neste caso, évantajoso que pelo menos uma parte das placas separadorasde um bloco de placas seja projetada basicamenteidêntica, o que porém não é forçosamente necessário.

Especialmente preferivelmente, as placas separadorasneste caso são formadas por lâminas e/ou esteiras deespessura de parede pré-determinada. Lâminas e/ouesteiras desse tipo podem ser facilmente deformadas, porexemplo de modo que pelo menos uma das lâminas sejaondulada, sendo que o termo "ondulação" aqui deve serentendi em sentido mais amplo, e deve abrangerespecialmente também configurações dobradas em forma desanfona ou similares. Com lâminas por exemplo onduladasdesse tipo como placas separadoras pode-se formar deforma simples a quantidade correspondentemente desejada ea geometria de canais de circulação do separador departículas em combinação com outras placas separadorasprojetadas por exemplo como lâmina. Através deestreitamentos ou depressões, amplitudes de ondas iguaisou diferentes (extensão vertical) e/ou freqüências deondas diferentes ou iguais (quantidade da sondas), épossivel alterar de modo relativamente fácil a seçãotransversal de circulação livre e, consequentemente, avelocidade de circulação ou obter um desvio ou seçõesindividuais podem ser separadas completamente do fluxo afim, por exemplo, de criar os volumes armazenadoresdesejados ou zonas mortas. Especialmente preferivelmenteneste caso, visto na direção de circulação,estreitamentos consecutivos podem estreitar o perfilondulado alternadamente uma vez pelo lado superior e umavez pelo lado inferior. Além disso, os estreitamentospodem ser dispostos também em zigue-zague entre si comrelação a diferentes planos de placas, por exemplo, detal forma que os estreitamentos fiquem em zigue-zagueentre si com relação a planos de placas adjacentes pelametade da distância entre os estreitamentos.Além disso, placas separadoras desse tipo, formadas porexemplo por lâminas e/ou esteiras, são perfuradas de modosimples, tornando possivel uma passagem para canais decirculação adjacentes.

Mostrou-se especialmente vantajoso dispor alternadamente,por exemplo, lâminas como placas separadoras dediferentes amplitudes e/ou freqüência da ondulação oudobra, de forma que surjam seções de diferentes seçõestransversais de circulação, portanto, de diferentesdensidades de célula e, consequentemente de diferentesvelocidades de circulação. Se as lâminas, por exemplo,formarem canais de circulação paralelos, será previstauma camada lisa como camada intermediária a fim deimpedir um escorregamento das lâminas onduladas entre si.Naturalmente, também é possivel alterar a amplitude e/oufreqüência da ondulação ou dobra ao longo de uma placa separadora, por exemplo de uma lâmina.

As placas separadoras, podem, por exemplo, ser feitas deum material cerâmico e/ou metálico e/ou contendo silicioe/ou contendo carbeto de silicio e/ou contendo quartzoe/ou do tipo fibra. As placas separadoras, neste caso,podem apresentar pelo menos em áreas parciais, umaestrutura de superfície com rugosidade ou rugosidade desuperfície definida, ou seja, pré-determinada, porexemplo, através do processamento mecânico a seguir maisdetalhadamente descrito. A passagem para as áreasindividuais, particularmente o orificio de passagem paraas preferivelmente diferentes áreas de circulação,adjacentes, pode, neste caso, ser feita por perfuraçãoe/ou abertura de ranhura das lâminas e/ou esteiras, porexemplo, como placas separadoras.

Conforme j á acima descrito, a oxidação das partículascontendo carbono, separadas, pode ser feita ou aceleradamediante aumento da temperatura de gás de escape e/ou comauxilio de NO2, formado em um catalisador para a oxidaçãode NO. devido a emissões brutas de NOx alternadas e àstemperaturas de gás de escape alternadas ou parcialmentemuito baixas, nem sempre é possivel especialmente emmotores de combustão interna de operação ambulante,oxidar a fuligem acumulada no respectivo momento,imediatamente com ajuda de elevadas temperaturas de gásde escape e/ou NO2 - Isso significa que o separ adorprecisa armazenar as partículas durante um periodo atéque em um momento posterior estej a presente NO2suficiente para a oxidação da fuligem separada. Isso podeser por exemplo concretizado melhorando a aderência daspartículas na superfície do separador de partículas oudas placas separadoras. Para tanto, devem ser utilizadassuperfícies com elevadas asperezas. No caso de lâminasmetálicas isso significa que elas devem ser encrespadaspor exemplo através de usinagem mecânica. Isso pode, porexemplo ocorrer por escovação, esmerilhamento, raspagem,radiação (p.exemplo limpeza por jato de areia),irradiação corona, estampagem ou costura. Também épossível um tratamento quimico, como cauterização,galvanização ou anodização. Além disso a liga da lâminapor exemplo como placa do separador pode ser ajustada deforma que sua estrutura de superfície se modifique sobaplicação de calor e/ou mediante variação do valor do pH.Um exemplo neste caso é a junção de quantidades maioresde aluminio. Este se desloca sob elevadas temperaturaspara a superfície e forma ali um cluster de aluminio.De acordo com um outro arranjo especialmente preferido dainvenção, pode ser previsto além disso desenvolver oseparador de partículas pelo menos em seções parciais, demodo que se torne cataiiticamente ativo, especialmentecom um revestimento cataliticamente ativo.

É especialmente vantajoso dispor em combinação com umaforma de concretização concreta, pelo menos um separadorde partículas com pelo menos um dispositivo catalisadorem um silenciador de uma instalação de gás de escape.A invenção é a seguir esclarecida por meio de um desenho,onde:

A figura 1 mostra uma vista de cima esquematica sobre umaseção parcial de um separador de partículas, de acordocom a invenção, com células de circulação formadas nestecaso basicamente idênticas;

A figura 2 mostra esquematicamente uma seção transversalatravés de um separador de partículas, de acordo com ainvenção, que mostra por exemplo duas camadas corrugadassobrepostas com diferentes amplitudes, ou seja, altura deonda, porém de mesma freqüência, sendo que entre as duascamadas corrugadas está prevista ma camada lisa;A figura 3 mostra esquematicamente uma ilustração deacordo com a figura 2, porém com referência a um outroplano de corte que mostra depressões ;A figura 4 mostra esquematicamente um corte emperspectiva de um separador de particulas, de acordo coma invenção;

A figura 5 mostra uma vista lateral esquematica de umseparador de particulas concreto, formado por váriascamadas de chapa metálica corrugada; e

A figura 6 mostra uma ilustração em perspectiva,esquemática de uma camada de chapa metálica corrugadaindividual.

A figura 1 mostra esquematicamente um corte em paraleloatravés de pelo menos uma seção parcial de um separadorde particulas 1, de acordo com a invenção, e,consequentemente, uma vista de cima sobre uma seçãoparcial determinada do separador de particulas 1, apartir da qual a circulação do fluxo de gás de escape 2aparece ilustrada a principio em conexão com a separaçãode, por exemplo, particulas finas 3 vindas de um fluxode gás de escape. A direção de circulação x correspondeneste caso a direção de circulação principal de todo ofluxo de gás de escape, independentemente de desviospossíveis.

0 separador de particulas 1 apresenta uma pluralidade decélulas de circulação 4 formadas por exemplo basicamenteiguais, que ficam dispostas em várias séries 5,6,7justapostas, assim como respectivamente uma atrás aoutra. As células de circulação 4 de duas sériesadjacentes 5,6,7, neste caso, ficam em zigue-zague entresi, de forma que fluxos parciais de gás de escape 8vindos de um segmento de seção de circulação 9 central aposterior de cada célula de circulação 4, visto nadireção de circulação, circulem para dentro de umsegmento 11 de seção de circulação 11 dianteiro acentral, visto na direção de circulação, de células decirculação 4 adjacentes com relação às séries 5,6,7,através de orifícios de circulação 10 laterais, visto nadireção de circulação. Correspondentemente os orifíciosde passagem 10 posteriores, visto na direção decirculação x, formam respectivamente os orifícios defluxo de saida para os fluxos parciais de gás de escape 8, enquanto os orifícios de passagem 10 dianteiros, vistona direção de circulação, formam os orifícios de fluxo deentrada. Neste caso, com relação a uma célula decirculação 4, os orifícios de passagem dianteiros sediferenciam dos orifícios de passagem posteriores quantoà sua forma e/ou tamanho. Do mesmo modo, os orifícios depassagem e/ou as células de circulação e/ou os volumesarmazenadores das partículas variam ao longo da direçãode circulação (x) quanto à forma e/ou tamanho, sendo quea característica de separação pode ser alterada ao longoda circulação e, consequentemente, entre a entrada e asaida do separador.

Conforme consta na figura 1, estão formados e previstos,na direção de circulação, antes e depois dos orifícios depassagem 10, ou se j a, na seção no lado frontal dasrespectivas células de circulação 4 formadasrespectivamente na forma de câmara, os assim chamadosfuros cegos 12, que disponibilizam um tipo de volume deespaço morto. O modo de funcionamento do separador departículas 1, de acordo com a invenção, é maisdetalhadamente esclarecido por meio da figura 1:Através dos orifícios de passagem 10, dispostos emseções 13 de parede de cada célula de circulação 4, comrelação à direção de circulação principal x, os fluxosparciais de gás de escape 8, visto na direção decirculação x, sob constante desvio dos fluxos parciais degás de escape 8, circulam através das células decirculação 4 e, consequentemente, através do separador departículas 1, sendo que os fluxos parciais de gás deescape 8 devido a uma seção transversal de circulaçãolivre, definida e pré-determinada, apresentam nas célulasde circulação 4 uma velocidade tal de circulação na seçãodos orifícios de passagem 10, que a velocidade decirculação na seção dos furos cegos 12 no lado frontal éreduzida de tal maneira que as partículas finas 3 de umacerta massa pré-determinada e/ou ordem de grandeza podemao sair do fluxo de gás de escape 2, se difundir paradentro dos furos cegos 12 das respectivas células decirculação 4, onde elas serão provisoriamentearmazenadas. Essa difusão de partículas finas apareceassinalada pelo sinal de referência 14. Alternativamenteou adicionalmente as seções transversais de circulaçãodas células de circulação 4 podem também ser de talforma dimensionadas que o fluxo de gás de escape sejaacelerado nas células de circulação 4 para uma velocidadede circulação tal que o desvio pronunciado do fluxo degás de escape, repentino e condicionado pela saida dosfluxos parciais de gás de escape 8, para fora dosorifícios laterais de passagem 10, faça com que porexemplo partículas grossas de massa definida não maispermaneçam nos fluxos parciais de gás de escape 8 devidoà sua inércia, seguindo então em frente e sendocapturadas pelos furos cegos 12, onde elas podem serprovisoriamente armazenadas.

Conforme aparece assinalado esquematicamente na figura 1,as paredes de choque 15, que formam o fundo dos furoscegos 12, podem ser proj etadas perfuradas, sendo que apermeabilidade ao gás é ajustada preferivelmente por meiodessa perfuração 16, de forma que no máximo 30% do fluxode gás de escape na respectiva célula de circulaçãopossam sair da respectiva célula de circulação 4passando pela parede de choque 15. Alternativamente, asparedes de choque 15 ou ainda outras seções das célulasde circulação 4 podem ser também feitas de um materialpermeável ao gás, na verdade pelo menos em seçõesparciais.

Conforme contas especialmente na figura 2, o separador departícula 1 é projetado preferivelmente como separador departícula composto de uma pluralidade de placasseparadoras sobrepostas que formam um bloco de placas,que são conectados entre si em camadas sobrepostas. Comoilustração é escolhida uma seção transversal através deum bloco de placas, sendo que a direção de fluxo x sesitua no plano de imagem. Os planos de placa podem serproj etados como planares, mas também curvados,particularmente se as placas forem enroladas formando umbloco de placas.

Uma parte das placas separadoras é formada por lâminasmetálicas 17 delgadas e com estabilidade dimensional, queapresentam um perfil ondulado longitudinalmente comrelação á direção de circulação.

Conforme consta na figura 2, além das lâminas metálicas17, que apresentam um perfil ondulado 18, também podemser previstas camadas lisas como placas separadoras, queneste caso são formadas por uma lâmina metálica lisa 20,e que ficam dispostas alternadamente em relação áslâminas metálicas 17 que apresentam um perfil ondulado18. Por meio dessas lâminas metálicas lisas 20, éassegurado que as duas lâminas metálicas que apresentamum perfil ondulado 18 diferente, aquelas que formamportanto diferentes camadas corrugadas 21, 22, não podemescorregar entre elas. Na camada lisa formada pela lâminametálica lisa 2 0 podem ser projetados também orifícios depassagem 23. Conforme podemos observar claramente nafigura 2, as camadas corrugadas 21, 22 podem apresentarfreqüência de ondas igual, porém de diferentes amplitudesde ondas, ou seja, alturas de ondas, sendo que nasdiferentes seções resultam diferentes velocidades decirculação.

Para melhorar a aderência das partículas na superfície,todas as lâminas metálicas 17, 20 podem ser providas deuma elevada rugosidade de superfície e/ou seremrevestidas com um revestimento cataliticamente ativo.As lâminas metálicas 17 que apresentam um perfil ondulado18 podem além disso ser providas, visto na direção decirculação, de estreitamentos como sendo depressões, queapresentam aqui, a titulo de exemplo, mesma distânciaentre si, por meio dos quais podem ser formados demaneira simples os volumes de espaço morto anteriormentedescrito e portanto interrupções de circulação. Na figura3, isso aparece ilustrado com auxilio de um outro planode corte em comparação com a figura 2: neste caso éfechada uma parte dos canais superiores através dedepressões 19. A montante dessas depressões 19, acirculação precisa desviar-se através dos orifícios depassagem 23 descrito em conexão com a figura 2, paracanais adjacentes.

Na figura 4 é mostrado um corte esquemático a partir deum separador, de acordo com a invenção, composto de duascamadas corrugadas 21, 22 com camadas lisasintermediárias 20 em ilustração em perspectiva. Atravésde orifícios de passagem 23 colocados nas camadas lisas20 o fluxo de gás carregado com partículas é conduzidoalternadamente entre a camada corrugada 21 com baixaamplitude, portanto, de alta velocidade de circulação, ea camada corrugada 22 com elevada amplitude, portanto, debaixa velocidade de circulação. Isso é possível atravésdo fechamento alternado dos canais, por exemplo, atravésda depressão descrita das lâminas metálicas, que formamas camadas corrugadas 21, 22.

Agora aparece na figura 5 em vista esquemática lateral umbloco de placas que é formado neste caso por exemplo portrês placas de chapa metálica corrugada 24, sobrepostas,e mostradas na figura 6 em uma ilustração individual,como placas separadoras. Podemos observar claramentenessas duas ilustrações os orifícios de passagemindividuais 23 ou as depressões 19. Através da variaçãocorrespondente das seções transversais dos orifícios depassagem 23 podem ser ilustrados e executados diferentesperfis de circulação. As camadas lisas a serem revistasse necessário entre as placas de chapa metálica corrugadaindividuais 24 não aparecem desenhadas por motivo de umamelhor visão geral.

Claims (38)

1. Separador de partículas, para a separação departículas de um fluxo de gás de escape de um motor decombustão interna, sendo que pelo separador departículas pode circular um fluxo de gás de escape pelomenos em algumas seções, caracterizado pelo fato de noseparador de partículas (1) ser formada uma quantidadepré-determinada de células de circulação (4), nas quaisum fluxo de gás de escape (2) entra e/ou sai através deuma seção de parede (13) lateral com relação à direção decirculação principal (x) da célula de circulaçãorespectiva (4) e é formado em pelo menos um volumearmazenador (12) para o armazenamento de partículas (3)vindas do fluxo de gás de escape (2).

2. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de o separador de partículas(1) apresentar uma pluralidade de células de circulação(4), vistas na direção de circulação principal (x) dofluxo de gás de escape (2), dispostas uma atrás da outra e/ou uma ao lado da outra e/ou sobrepostas entre si.

3. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-1 ou 2, caracterizado pelo fato de um volume armazenador(12) de cada célula armazenadora (4) ser formado por pelomenos um volume de espaço morto do tipo furo cego,especialmente por pelo menos um segmento de canal decélulas de circulação do tipo furo cego.

4. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato decada célula de circulação apresentar em uma seção de parede lateral pré-determinada (13) pelo menos umorifício de passagem (10) que forma orifícios de fluxo deentrada e/ou de fluxo de saída.

5. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação-4, caracterizado pelo fato de os orifícios de circulação(10) serem formados pelo menos em parte de formadiferenciada com relação á sua forma e/ou tamanho.

6. Separador de partículas, de acordo com asreivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de osorifícios de passagem (10) e/ou as células de circulação(4) e/ou os volumes armazenadores das partículas (12)serem variados ao longo da direção de circulação (x)quanto à sua forma e/ou tamanho.

7. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 3 a 6, caracterizado pelo fato de ovolume de espaço morto do tipo furo cego ser formado nadireção de circulação principal (x) do fluxo de gás deescape (2), em pelo menos uma seção final no lado frontalde cada célula de circulação (4).

8. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 4 a 7, caracterizado pelo fato de ovolume de espaço morto do tipo furo cego, visto nadireção de circulação principal (x) do fluxo de gás deescape (2), estar disposto antes e/ou após pelo menos umorifício de passagem (10).

9. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 4 a 8, caracterizado pelo fato decélulas de circulação adjacentes (4) serem conectadas ácirculação e respectivamente apresentarem um orifício depassagem (10) conjunto, especialmente de modo que esseorifício de passagem conjunto (10) forme para uma célulade circulação (4) um orifício de fluxo de entrada, paraa outra célula de circulação (4) adjacente um orifício defluxo de saida.

10. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 4 a 9, caracterizado pelo fato decada célula de circulação (4) apresentar pelo menos umorifício de fluxo de entrada separado através do qual umfluxo de gás de escape entra na célula de circulação, eadicionalmente pelo menos um orifício de fluxo de saidaseparado, através do qual um fluxo de gás de escape saida célula de circulação (4).

11. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de pelo menosum orifício de fluxo de entrada de uma célula decirculação (4), visto na direção de circulação principal(x) do fluxo de gás de escape (2), situar-se antes depelo menos um orifício de fluxo de saída dessa célula decirculação (4).

12. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato de na direçãode circulação principal (x) células de circulaçãoadjacentes (4) estarem dispostas em zigue-zague entre si,que um orifício de fluxo de sápida de uma primeira célula de circulação (4) forma um orifício de fluxo de entradade uma segunda célula de circulação (4).

13. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 3 a 12, caracterizado pelo fato deo volume de espaço morto do tipo furo cego apresentar umaparede de fundo de choque (15) alinhada basicamente emsentido perpendicular à direção de circulação principal(x) .

14. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 13, caracterizado pelo fato dea célula de circulação (4) ser formada pelo menos naseção do volume armazenador (12) pelo menos parcialmentepermeável ao gás, especialmente em que seções de paredepré-determinadas, preferivelmente uma parede de fundo dechoque (15), são perfuradas e/ou feitas de um materialpermeável ao gás.

15. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 14, caracterizado pelo fato de apermeabilidade ao gás ser ajustada de forma que umaquantidade pré-determinada, preferivelmente no máximo 30%do fluxo de gás de escape de uma célula de circulação (4)sair da célula de circulação, passando pelo volumearmazenador (12).

16. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 2 a 15, caracterizado pelo fato detodas as células de circulação (4) serem formadasbasicamente iguais especialmente com relação á suaconfiguração e/ou tamanho.

17. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 2 a 15, caracterizado pelo fato deestarem previstas células de circulação (4) que sediferenciam com relação à condições de circulação,especialmente com relação à velocidade de circulação e/ouao tempo de retenção do fluxo de gás de escape narespectiva célula de circulação (4), para a separação departículas (3) de diferente ordem de grandeza definidae/ou de diferente massa definida em diferentes células de circulação (4) .

18. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 17, caracterizado pelo fato de asdiferentes células de circulação (4) apresentaremrespectivamente seções transversais de circulação livresde diferentes tamanhos.

19. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato deo separador de partículas (1) apresentar meios, atravésdos quais o fluxo de gás de escape (2) é repetidamentedesviado no separador de partículas (1) e/ou dividido emfluxos parciais de gás de escape (8) e/ou acelerado e/ouretardado.

20. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 19, caracterizado pelo fato deo separador de partículas (1) ser cataliticamente ativopelo menos em seções parciais, especialmente revestidocom um revestimento catalitico.

21. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) ser formado por umapluralidade de placas separadoras (17, 20; 24)conectadas entre si em camadas sobrepostas, que formam umbloco de placas.

22. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 21, caracterizado pelo fato de as placasseparadoras individuais (17, 20; 24) serem formadas porlâminas e/ou esteiras de espessura de parede pré-determinada.

23. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de asplacas separadoras (17, 20;240 serem feitas de ummaterial metálico e/ou cerâmico e/ou contendo silicioe/ou contendo carbeto de silicio e/ou contendo quartzo/ou fibroso.

24. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato de as placasseparadoras (17, 20/24) apresentarem pelo menos em seçõesparciais uma estrutura de superfície com rugosidadedefinida.

25. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 24, caracterizado pelo fato deo separador de partículas (1), visto na seçãotransversal, apresentar uma estrutura alveolar, sendo queos alvéolos individuais representam respectivamente umaseção transversal de circulação de um segmentodeterminado, visto na direção de circulação, de um canalde circulação.

26. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 21 a 25, caracterizado pelo fato dediferentes seções transversais de circulação ou seções decirculação e/ou seções de desvio e/ou seções coletoras e/ou seções armazenadoras e/ou orifícios de passagemserem formadas por deformações de material e/ou rebaixosde material em seções pré-determinadas de pelo menos umaparte das placas separadoras (17, 20;24) de um bloco deplacas.

27. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 21 a 26, caracterizado pelo fato depelo menos uma parte das placas separadoras (17, 20;24)de um bloco de placas ser projetada basicamente idêntica.

28. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 21 a 27, caracterizado pelo fato deo bloco de placas ser construído pelo menos parcialmentea partir de placas separadoras (17) que apresentam umperfil (18) do tipo corrugado, basicamente em sentidotransversal à direção de circulação, e que formam umacamada corrugada (21, 22).

29. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 28, caracterizado pelo fato de as placasseparadoras (17) que formam uma camada corrugada (21, 22)apresentarem estreitamentos (19), especialmente na formade depressões, distantes entre si na direção decirculação, que apresentam preferivelmente uma mesmadistância entre si, e que correm basicamente em sentidotransversal à direção de circulação, interrompendo operfil ondulado e, consequentemente, o traçadolongitudinal dos canais de circulação formados peloperfil ondulado (18).

30. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 28 ou 29, caracterizado pelo fato de aplaca separadora (17) que forma uma camada corrugada,apresentar na seção lateral pelo menos um orifício depassagem (10) para o fluxo de gás de escape, antes ouapós cada estreitamento (19).

31. Separador de partículas, de acordo com areivindicação 29 ou 30, caracterizado pelo fato deestreitamentos (19) subseqüentes, visto na direção decirculação, estreitarem o perfil ondulado (18)alternadamente uma vez por um lado superior e uma vez porum lado inferior.

32. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 28 a 31, caracterizado pelo fato dediferentes seções transversais de circulação seremformadas por diferentes amplitudes e/ou freqüências doperfil ondulado (18) de pelo menos uma, particularmentede várias diferentes placas separadoras (17).

33. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 28 a 32, caracterizado pelo fato deo bloco de placas apresentar placas separadoras (20) queformam uma camada lisa, plana, que ficam dispostaspreferivelmente alternadamente com placas separadoras(17) que formam uma camada corrugada (21, 22).

34. Separador de partículas, de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 33, caracterizado pelo fato depelo menos um separador de partículas (1) ficar dispostojuntamente com pelo menos um dispositivo catalisador emum silenciador de uma instalação de gás de escape.

35. Método para a separação de partículas de um fluxo degás de escape de um motor de combustão interna, no qualum fluxo de gás de escape circula, pelo menos por seções,por um separador de partículas, especialmente umseparador de partículas conforme definido em qualquer umadas reivindicações de 1 a 34, caracterizado pelo fato deum fluxo de gás de escape entrar e/ou sair através de umaseção de parede (13) lateral com relação à direção decirculação (x) em pelo menos uma célula de circulação (4)do separador de partículas (1), de forma que sejamseparadas partículas (3) do fluxo de gás de escape (2) empelo menos um volume armazenador (12) formado no lado dascélulas de circulação.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35,caracterizado pelo fato de o fluxo de gás de escape noseparador de partículas (1) ser desviado de célula decirculação para célula de circulação (4) sob formação devolumes de espaço morto como volumes armazenadores (12)e/ou sob formação de turbulências.

37. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 34 a 36, caracterizado pelo fato de as partículascontendo carbono, separadas no separador de partículas(1) serem oxidadas com auxilio de NO2, formado em umcatalisador para a oxidação de NO.

38. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 34 a 36, caracterizado pelo fato de as partículascontendo carbono, separadas no separador de partículas(1) serem oxidadas mediante ao aumento da temperatura dogás de escape.