BRPI0706875B1 - aparelho para resfriar gases de exaustão de um motor de combustão interna, aparelho para a difusão de gases de exaustão, método para resfriar gases de exaustão e sistema de tratamento e resfriamento de exaustão de um motor diesel - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA RESFRIAR GASES DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, APARELHO PARA A DIFUSÃO DE GASES DE EXAUSTÃO, MÉTODO PARA RESFRIAR GASES DE EXAUSTÃO E SISTEMA DE TRATAMENTO E RESFRIAMENTO DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR DIESEL Trata-se de um aparelho, um sistema, e um método de difusor de exaustão provido com lóbulos configurado para refrigerar gases de exaustão de um motor de combustão interna gue compreende um difusor (200) gue tem uma extremidade proximal (215), configurada para receber os gases de exaustão do motor, e uma extremidade distai (205), configurada para expelir os gases de exaustão na atmosfera. Uma pluralidade de lóbulos (225) é disposta na extremidade distai (205) de uma maneira tal que pelo menos uma parte dos gases de exaustão passa através dos lóbulos (225), aumentando a área de superfície de interação entre os gases de exaustão e a atmosfera, permitindo uma difusão e um arrasto mais rápidos entre os gases de exaustão e os gases atmosféricos, resultando em um resfriamento mais rápido dos gases de exaustão.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a sistemas de exaustão, e mais particularmente a aparelhos, sistemas e métodos para resfriar o gás de exaustão enquanto ele sai de 10 uma corrente de exaustão encerrada.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA CORRELATA

O presente pedido de patente está relacionado ao pedido de patente número de série < número de série > in titulado "Aparelho, Sistema e Método de Difusor de Exaustão 15 de Volume Encerrado", depositado na mesma data que o presente pedido, documento de procurador n° . 1900.2.15 e documento de cliente n° . 8-02-4819, e que é aqui incorporado em sua totalidade.

Os regulamentos ambientais estão se tornando cada 20 vez mais estritos no que diz respeito às emissões de exaustão de motores tais como óxidos de nitrogênio (NOx) e matéria em partículas. Nos Estados Unidos, a U.S. Environmental Protection Agency irá começar a aplicar novos regulamentos ambientais mais estritos no que diz respeito às emissões em 25 partículas de motores diesel em 2007, o que ocasionou a necessidade de filtros para partículas diesel e/ou outros dispositivos de tratamento da exaustão tais como absorvedores de NOx a serem colocados na corrente de exaustão antes que a exaustão possa entrar na atmosfera. 30 Na maioria de casos, um sistema de tratamento de exaustão deve iniciar a regeneração de filtros de material em partículas, absorvedores de NOx, e outros dispositivos de tratamento de exaustão de tempos em tempos à medida que os dispositivos se enchem de fuligem, NOx, ou algo do gênero. No * caso de um filtro para material em partículas, como um exemplo, isto é feito ao aumentar a temperatura do filtro até um nível onde a fuligem é oxidada, acima de 4 00 °C, e ao 5 manter essa temperatura por vários minutos ou mais ainda, dependendo das circunstâncias incluindo o tamanho do filtro, a quantidade de fuligem no filtro, o nível de uniformidade da fuligem, etc.

As altas temperaturas do filtro requeridas para 10 regenerações deste tipo aumentam a temperatura da exaustão, particularmente na operação estacionária ou à baixa velocidade, o que significa que a exaustão deixa o cano de escapamento do veículo a uma temperatura muito mais alta do que durante a operação normal. Isto gera um perigo de 15 segurança potencial no que diz respeito ao fluxo do calor dos gases que saem do cano de escapamento e gera desconforto ou ferimentos aos seres humanos, aos animais, ou às plantas nas proximidades. Também aumenta a temperatura da superfície de componentes do trem de exaustão. 20 Uma maneira de tratar o problema deve ser a advertência do operador do veículo ou da máquina em que o motor e o sistema de tratamento da exaustão são instalados com temperaturas de exaustão expelida que alcançam níveis elevados, permitindo que o operador tome medidas para mitigar 25 a situação, e tais medidas incluem potencialmente o afastamento do aparelho de objetos sensíveis, o início de um procedimento de resfriamento, etc. Isto, no entanto, deve requerer sensores e controles detalhados e caros, deve requerer a intervenção do operador, e em qualquer caso as 30 opções de mitigação para o operador devem ser relativamente limitadas. Se for possível, deve ser melhor que o gás de exaustão seja resfriado continuamente antes ou enquanto sai do cano de escapamento de uma maneira tal que as suas temperaturas nunca alcancem níveis perigosos em primeiro ■w4 lugar.

Naturalmente, o tratamento da exaustão para mitigar conseqüências prejudiciais não é nada novo: silenciosos e 5 filtros de ressonância existe há décadas para a mitigação do som, e filtros catalisadores, filtros de material em partículas, e outros ainda, foram e estão sendo desenvolvidos para o controle da emissão de substâncias. O problema geral da mitigação do calor enquanto a exaustão entra na atmosfera, 10 no entanto, é relativamente novo, requerindo novas abordagens. O problema foi tratado em determinadas circunstâncias limitadas, tal como a mitigação da temperatura de exaustão de caminhões de combate a incêndio quando eles estão bombeando água. Alguns caminhões de combate a incêndio 15 (embora nem todos) são equipados com um dispositivo de borrifação de água na saída da exaustão para resfriar a exaustão, mas tal esquema é limitado a uma situação onde há um suprimento de água pronto, assim como bombeiros experientes com mangueiras à mão ao invés de um único 20 operador de máquina inexperiente em tais situações.

A partir da discussão acima, deve ficar aparente que existe uma necessidade de resfriar gases de exaustão enquanto eles saem do cano de escapamento de uma máquina impelida por um motor, particularmente uma que contém um 25 motor diesel e um filtro para material em partículas ou um outro dispositivo do tratamento que requer regeneração. Determinados tipos de veículos vocacionais que não utilizam os dispositivos de controle de emissões discutidos acima também podem ser beneficiados pelos gases de exaustão 30 resfriados.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção foi desenvolvida em resposta ao presente estado da técnica, e particularmente em resposta aos problemas e às necessidades no estado da técnica que não » s ainda foram resolvidos completamente pelos sistemas atualmente disponíveis. Consequentemente, a presente invenção foi desenvolvida para a provisão de um aparelho, sistema e 5 método para resfriar gases de exaustão que superam muitos ou todos os inconvenientes no estado da técnica.

Em um aspecto da invenção, um aparelho para resfriar gases de exaustão de um motor de combustão interna inclui um difusor que tem uma extremidade proximal e uma 10 extremidade distai. A extremidade proximal é configurada para receber os gases de exaustão do motor, e a extremidade distai é configurada para expelir os gases de exaustão na atmosfera. Uma pluralidade de lóbulos é disposta pelo menos parcialmente na extremidade distai, e os lóbulos são configurados de uma 15 maneira tal que pelo menos uma parte dos gases de exaustão passa através dos lóbulos. Em uma realização, a circunferência da extremidade distai é maior do que a circunferência da extremidade proximal, e a área em seção transversal da extremidade distai é aproximadamente igual à 20 área em seção transversal da extremidade proximal.

Em uma realização adicional, um bloco é provido dentro dos lóbulos, e o bloco é configurado para impedir pelo menos parcialmente que os gases de exaustão passem através de um espaço central entre os lóbulos. 25 Em um aspecto adicional da invenção, um método de resfriar gases de exaustão inclui a impulsão dos gases de exaustão através de uma primeira passagem, a impulsão dos gases de exaustão através de uma pluralidade de lóbulos, e a expulsão dos gases de exaustão dos lóbulos para a atmosfera. 30 Em uma realização, uma parte dos gases de exaustão é forçada através dos lóbulos adjacentes aproximadamente às superfícies internas inteiras dos lóbulos, de uma maneira tal que o fluxo dos gases de exaustão é aproximadamente uniforme.

Em um aspecto adicional da invenção, um sistema de tratamento e resfriamento de exaustão de um motor diesel inclui uma tubulação de exaustão que contém e dirige substancialmente os gases de exaustão gerados pelo motor e um 5 mecanismo de tratamento da exaustão disposto na tubulação de exaustão. 0 mecanismo de tratamento da exaustão é configurado para modificar a composição dos gases de exaustão. Um mecanismo de regeneração unido operavelmente ao mecanismo de tratamento da exaustão é configurado para regenerar o 10 mecanismo de tratamento da exaustão de tempos em tempos. Um mecanismo de resfriamento disposto no invólucro a jusante do mecanismo de tratamento da exaustão compreende uma pluralidade de lóbulos e é configurado para receber os gases de exaustão da tubulação de exaustão e para expelir os mesmos 15 para a atmosfera.

A referência por todo este relatório descritivo às características, vantagens ou linguagem similar não implica que todas as características e as vantagens que podem ser realizadas com a presente invenção devem ser ou estão em 20 qualquer realização simples da invenção. Ao invés disto, deve ficar entendido que a linguagem que se refere às características e vantagens significa que uma peculiaridade, uma vantagem, ou uma característica específica descrita em relação a uma realização é incluída em pelo menos uma 25 realização da presente invenção. A discussão das características e vantagens, e da linguagem similar, por todo este relatório descritivo pode, mas não necessariamente, se referir à mesma realização.

As peculiaridades, as vantagens, e as 30 características descritas da invenção podem ser combinadas de qualquer maneira apropriada em uma ou mais realizações. Um elemento versado na técnica correspondente irá reconhecer que a invenção pode ser praticada sem uma ou mais das características ou vantagens específicas de uma realização v particular. Em outros exemplos, características e as vantagens adicionais podem ser reconhecidas em determinadas realizações que podem não estar presentes em todas as 5 realização da invenção. Estas características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão integralmente mais aparentes a partir da seguinte descrição e reivindicações anexas, ou podem ser aprendidas pela prática da invenção tal como indicado em seguida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fim de que as vantagens da invenção sejam compreendidas imediatamente, uma descrição mais particular da invenção será propiciada por meio de referência às realizações específicas ilustradas nos desenhos anexos, que 15 ilustram somente as realizações típicas da invenção e não devem ser considerados como limitadores de seu âmbito, nos quais: a FIGURA 1 (técnica anterior) é uma vista em seção transversal lateral de um cano de escapamento de exaustão 2 0 padrão; a FIGURA 2A é uma vista elevacional lateral de uma realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção; a FIGURA 2B é uma vista de planta superior do 25 difusor da FIGURA 2A; a FIGURA 2C é uma vista em seção transversal lateral do difusor da FIGURA 2A; a FIGURA 3A é uma vista elevacional dianteira de um disco utilizado em uma instalação de teste da temperatura do 30 gás de exaustão; a FIGURA 3B é uma vista elevacional lateral esquemática da instalação de teste utilizada na FIGURA 3A; a FIGURA 4 (técnica anterior) é um gráfico que mostra as temperaturas de exaustão do cano de escapamento da < FIGURA 1; 1 a FIGURA 5 é um gráfico que mostra as temperaturas de exaustão do difusor da FIGURA 2; 5 a FIGURA 6 é uma vista de planta superior de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com um espaço radial interno maior na extremidade distai; a FIGURA 7 é uma vista de planta superior de uma 10 outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com os lóbulos conectados e nenhum espaço radial interno na extremidade distai; a FIGURA 8 é uma vista de planta superior de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a 15 presente invenção, com lóbulos arredondados; a FIGURA 9 é uma vista de planta superior de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com os lóbulos quadrados não-afunilados; a FIGURA 10 é uma vista de planta superior de uma 20 outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com uma abertura oval estriada; a FIGURA 11 é uma vista de planta superior de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com os lóbulos se estendendo apenas 25 parcialmente em torno da circunferência do cano de escapamento; a FIGURA 12 é uma vista elevacional lateral de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, com os lóbulos enrolados em espiral; 30 a FIGURA 13A é uma vista em seção transversal lateral de uma outra realização de um difusor de exaustão de acordo com a presente invenção, que é o difusor da FIGURA 2 com um bloco interno; a FIGURA 13B é uma vista de planta superior do . difusor da FIGURA 13A; I a FIGURA 14 é um fluxograma esquemático que ilustra uma realização de um método de difusão de gases de exaustão 5 de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A referência por todo este relatório descritivo a "uma realização", "realização," ou linguagem similar, significa que uma peculiaridade, estrutura ou característica 10 particular descrita em conexão com a realização é incluída em pelo menos uma realização da presente invenção. Os aparecimentos das expressões "em uma realização", "na realização", e linguagem similar, por todo este relatório descritivo podem todos, mas não necessariamente, se referir à 15 mesma realização.

As peculiaridades, estruturas ou características descritas da invenção podem ser combinadas de qualquer maneira apropriada em uma ou mais realizações. Na descrição a seguir, numerosos detalhes específicos são fornecidos para 20 propiciar uma compreensão completa das realizações da invenção. Um elemento versado na técnica correspondente irá reconhecer, no entanto, que a invenção pode ser praticada sem um ou mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, e assim por diante. Em outros casos, 25 estruturas, materiais ou operações bem conhecidos não são mostrados nem são descritos em detalhes para evitar o obscurecimento de aspectos da invenção.

A FIGURA 1 ilustra um cano de escapamento cilíndrico 110 do gás de exaustão padrão no estado da 30 técnica. O cano de escapamento 110 é fixado a uma tubulação de exaustão ou um outro componente do trem de exaustão (tal como um silencioso) através de um conector 105, como é sabido, ou, alternativamente, ele pode ser simplesmente de construção unitária com o componente do trem de exaustão. Os gases de exaustão passam através do cano de escapamento 110 na direção da seta 110, entrando na atmosfera na extremidade distai 115 do cano de escapamento 110. 5 Em operação, os gases de exaustão emitidos de um motor conectado operacionalmente ao cano de escapamento 110 entram no cano de escapamento 110 de uma tubulação de exaustão, o dispositivo de tratamento da exaustão, ou um outro componente ou passagem do trem de exaustão, e são 10 expelidos na atmosfera. Os gases de exaustão entram na atmosfera em uma forma substancialmente cilíndrica (a forma do cano de escapamento 110), e são difundidos e resfriados à medida que interagem com os gases atmosféricos mais frescos.

À medida que os gases de exaustão se deslocam mais 15 distantes do cano de escapamento 110, eles são desacelerados e diluídos pelos gases atmosféricos. Os gases atmosféricos também são arrastados nos gases de exaustão, geralmente na direção das setas 130. 0 arrasto de gases atmosféricos ocorre na interseção entre os gases de exaustão de fluxo rápido e os 20 gases atmosféricos normalmente de deslocamento mais lento, tal como mencionado acima, na forma de um cilindro, especialmente perto da extremidade distai 115 do cano de escapamento 110. Para que o arrasto ocorra, os gases atmosféricos devem obter aproximadamente a mesma quantidade 25 de momento que os gases de exaustão.

Quanto mais distantes da extremidade distai 115 os gases de exaustão se deslocam, mais eles são diluídos e desacelerados pelos gases atmosféricos, facilitando ainda mais o arrasto dos gases atmosféricos na corrente de exaustão 30 cada vez mais difusa, até que a alguma distância do cano de escapamento 110 os gases de exaustão sejam diluídos completamente e difusos na atmosfera.

As FIGURAS 2A-2C ilustram uma realização de um difusor de gás de exaustão 200 de acordo com a presente . invenção, com a FIGURA 2B mostrando somente a extremidade distal do difusor, e outros detalhes são omitidos para maior clareza. O difusor 200 tem uma saída ou extremidade distai 5 205 por meio da qual os gases de exaustão entram na atmosfera, tal como mostrado pela seta 210 na FIGURA 2C. A extremidade proximal 215 do difusor 200 pode ser unitária com o restante do trem de exaustão, pode ser fixada a uma tubulação de exaustão através de um conector 220 similar na 10 construção e no modo de uso ao conector 105, como é sabido, ou diretamente fixado a um dispositivo de tratamento da exaustão, conforme desejado e segundo ditado pelas circunstâncias e a construção da máquina particular. O difusor 200 pode ser conectado a um cano de escapamento 15 existente, estendendo o cano de escapamento, ou pode ser construído junto com o restante do trem de exaustão, fazendo com que o próprio difusor 200 seja o cano de escapamento original, com resultados similares na operação.

A extremidade distai 205 do difusor 200 é estriada, 20 criando uma série de lóbulos 225, os quais são coletivamente dispostos anularmente em torno de um espaço interno 227. Os lóbulos 225 se estendem da extremidade proximal 215 à extremidade distai 205, ficando maiores em seção transversal mais perto da extremidade distai, resultando em um maior 25 afunilamento axial ou longitudinal dos lóbulos da extremidade proximal 215 à extremidade distai 205.

Cada um dos lóbulos 225 define um volume 230, com os espaços intersticiais 232 dispostos entre os lóbulos 225. "Lóbulo", tal como aqui utilizado, significa uma projeção ou 30 subdivisão disposta na extremidade distai 205 do difusor, e o lóbulo é uma projeção ou uma subdivisão da passagem de exaustão definida pela extremidade proximal 215. Vários tipos, tamanhos e formas dos lóbulos são possíveis, alguns dos quais são descritos em relação às FIGURAS 6-12 a seguir. « Os lóbulos podem ou não ser conectados uns aos outros, mas em qualquer caso eles são espaçados pelo menos parcialmente uns dos outros. Em uma realização, o volume 230 do lóbulo é 5 triangular em seção transversal, tal como mostrado na FIGURA 2C, com um topo em seção transversal 230a e lados em seção transversal 230b e 230c. Os lados 230b são angulados a um ângulo α de uma linha vertical 235 que se estende perpendicularmente do topo 22 5a. 0 ângulo α é de 2 0 graus em 10 uma realização. Esta construção dos lóbulos 225 torna o espaço interno 227 em um formato frustocônico. Os espaços intersticiais 232 são de um formato similar aos volumes 230 do lóbulo.

Os lóbulos 225 também se afunilam do centro radial 15 do difusor 200 à borda radial externa do difusor 200, conforme pode ser visto mais claramente na FIGURA 2B.

Em uma realização, o difusor 200 compreende doze (12) lóbulos 225, cada um dos quais se estende axialmente aproximadamente quatro polegadas da extremidade proximal 215 20 à extremidade distai 205. A extremidade proximal 215 tem aproximadamente quatro a cinco polegadas de diâmetro, em que a extremidade distai 205 tem aproximadamente seis polegadas de diâmetro. Outras dimensões e configurações são possíveis, algumas das quais, sem limitação, são discutidas a seguir. 25 Por exemplo, os lóbulos 225 pode ser axialmente alongados ou radialmente engrossados, com a forma e a largura também modificadas. Na realização específica mostrada na FIGURA 2, o ângulo do lado 230b é limitado a aproximadamente 20 graus a fim de que o fluxo de gases de exaustão através dos lóbulos 30 225 seja relativamente suave e uniforme. Um ângulo maior segundo a geometria específica da realização mostrada na FIGURA 2 pode resultar em mais gases de exaustão sendo afastados dos lados 230b dos volumes 230 do lóbulo, causando v mais correntes parasitas obstrutoras de fluxo no fluxo do gás. Outras configurações, dimensões e realizações irão criar requisitos diferentes para o desempenho ideal. 5 Em uma realização, por exemplo, a área em seção transversal coletiva da extremidade distai 205, que inclui os lóbulos 225 (mas não os espaços intersticiais 232), é aproximadamente igual à área em seção transversal da extremidade proximal 215. Nesta realização, e segundo a 10 geometria e dimensões específicas do difusor 200, se a área da extremidade distai 205 for significativamente menor do que a área da extremidade proximal 215, o gás de exaustão se afasta da extremidade distai 205 a uma maior velocidade, tornando mais difícil ao arrasto de gases atmosféricos nos 15 gases de exaustão. Outras configurações incluindo uma maior área em seção transversal da extremidade distai 205 em relação à extremidade proximal 215 são possíveis e criarão requisitos diferentes para o desempenho ideal. O difusor pode ser feito de aço inoxidável ou um 2 0 outro material, tal como o aço ou o aço revestido com alumínio, conforme necessário pela aplicação específica. O difusor pode ser precedido no trem da exaustão por um ou mais mecanismos de tratamento da exaustão, um aparelho de fluxo de aspiração (conhecido no estado da 25 técnica), ou outros dispositivos, e pode ser conectado diretamente aos mesmos ou ser espaçado de tais dispositivos por uma tubulação de comprimento variável.

Em operação, os gases de exaustão emitidos de um motor conectado operacionalmente ao difusor 200 entram no 30 difusor 200 de uma tubulação de exaustão, o dispositivo de tratamento da exaustão, ou um outro componente ou passagem do trem de exaustão, e são expelidos na atmosfera. Ao invés de entrar na atmosfera na forma cilíndrica, no entanto, tal como na FIGURA 1, os gases de exaustão que fluem através do difusor 200 entram na atmosfera na forma estriada da ■ extremidade distai 205 ilustrada na FIGURA 2B, e são difusos e resfriados enquanto interagem com os gases atmosféricos 5 mais frescos.

Conforme pode ser visto ao comparar as FIGURAS 1 e 2, a circunferência do cano de escapamento 110 em sua extremidade distai 115, que define a forma da corrente de exaustão, é muito menor do que a circunferência do difusor 10 200 em sua extremidade distai 205 ("circunferência" aqui não significa necessariamente um círculo, mas, ao invés disto, a linha real de interseção entre os gases de exaustão e os gases atmosféricos na extremidade distai - sendo neste caso uma forma que se assemelha a uma flor) . A circunferência 15 intensamente aumentada da extremidade distai 205 em relação à extremidade distai 115 resulta em muito mais área de interseção entre os gases de exaustão e a atmosfera, o que resulta por sua vez em um arrasto mais eficiente e difusão dos gases de exaustão na atmosfera. 20 No lugar do arrasto ineficiente de gases atmosféricos no cilindro de gás da exaustão da FIGURA. 1, o difusor 200 provê para que os gases atmosféricos penetrem nos espaços intersticiais 232, tal como mostrado pelas setas 240 na FIGURA 2C, para um arrasto, uma difusão e um resfriamento 25 mais rápidos consequentes dos gases de exaustão.

As FIGURAS 3A e 3B mostram um arranjo de teste 400 para testar as temperaturas do gás de exaustão do cano de escapamento 110 e do difusor 200. Conforme mostrado, nos testes, o cano de escapamento 110 foi colocado com a sua 30 extremidade distai 115 voltada para uma disposição de termopares 410, em que a disposição 410 é arranjada em um padrão em forma de disco, com os termopares sendo colocados em vários pontos na corrente de exaustão para medir a temperatura enquanto minimizar a perturbação do fluxo de - _ exaustão. A disposição 410 foi colocada perpendicularmente ao fluxo axial de gases de exaustão do cano de escapamento 110 (mostrado como a seta 420) , a seis polegadas da extremidade 5 distai 115. A temperatura do gás de exaustão foi determinada em nove pontos de termopares na disposição 410: ponto J, no centro do fluxo de exaustão, e pontos A-H dispostos anularmente em torno do ponto J, cada um deles a uma distância radial de 3,5 polegadas do ponto J. 10 O teste foi realizado utilizando um caminhão diesel de carga média utilizando um filtro para material em partículas de cerâmica de cordierita aproximadamente a 48 polegadas a montante da extremidade distai 115, durante a regeneração estacionária do filtro para material em 15 partículas, com temperaturas de regeneração no filtro alcançando 1022 graus F ou mais. As condições ambientais eram nublado, ligeira brisa, com uma temperatura de 75-85°F. 0 arranjo de teste também foi realizado para o difusor 200 da mesma maneira e arranjo e sob as mesmas 20 condições, exceto pelo fato que o difusor 200 com a sua extremidade distai 205 foi utilizado em vez do cano de escapamento 110 com a sua extremidade distai 115.

Os resultados do teste durante um período de tempo de aproximadamente 300 segundos utilizando o cano de 25 escapamento 110 são mostrados na FIGURA 4 no gráfico 400, mostrando a temperatura como uma função do tempo. A linha DE representa a temperatura do fluxo de exaustão medida na extremidade distai 115. As linhas A-H e J restantes mostram a temperatura do gás de exaustão tal como medida nos pontos 30 correspondentes na disposição de termopares 410.

Os resultados do teste durante um período de tempo de aproximadamente 300 segundos utilizando o difusor 200 são mostrados na FIGURA 5 no gráfico 400, mostrando a temperatura como uma função do tempo. A linha DE representa a temperatura do fluxo de exaustão medida na extremidade distai 205. As linhas A-H e J restantes mostram a temperatura do gás de exaustão tal como medida nos pontos correspondentes na 5 disposição de termopares 410. Pode ser observado que a temperatura no centro radial da corrente de exaustão, no ponto J na disposição 410, é significativamente mais baixa utilizando o difusor 200, indicando um arrasto melhor de gases atmosféricos nos gases de exaustão e uma difusão melhor 10 dos gases de exaustão na atmosfera. As FIGURAS 6-11 ilustram outras realização de um cano de escapamento ou difusor estriado de acordo com a presente invenção, e todas as figuras mostram a extremidade distal do aparelho, com outros detalhes omitidos para maior 15 clareza. As realizações mostradas destinam-se ao uso para a difusão de gases de exaustão do motor diretamente com gases atmosféricos. Na FIGURA 6, a extremidade distai 610 de um difusor 600 de acordo com a presente invenção é estriada, resultando 20 nos lóbulos 620 similares na construção aos lóbulos 225, exceto pelo fato que eles se estendem radialmente para dentro menos do que os lóbulos 225, resultando em um espaço interno 630 maior. Na FIGURA 7, a extremidade distai 705 de um difusor 25 700 de acordo com a presente invenção tem seis lóbulos 710, sem nenhum espaço interno, e cada lóbulo 710 é afunilado radialmente para dentro rumo a um ponto 72 0 em que todos os lóbulos 710 se conectam. A extremidade distai 705 do difusor 700 não é uma única saída estriada, uma vez que compreende 30 uma pluralidade de lóbulos separados que são separados entre si (ao contrário de uma única saída estriada, onde todos os lóbulos fazem parte da mesma saída), mas permanece dentro do âmbito da invenção, uma vez que aumenta a circunferência da extremidade distal 705 e desse modo a interseção dos gases de - . exaustão com a atmosfera, resultando em um arrasto incrementado. Na FIGURA 8, a extremidade distal 805 de um difusor 5 800 de acordo com a presente invenção tem dez lóbulos 810 arredondados em vez de quadrados em suas superfícies radiais externas 820. As superfícies radiais externas arredondadas 820 podem ser desejadas em algumas configurações para um fluxo melhor e menos correntes parasitas na corrente de 10 exaustão. Na FIGURA 9, a extremidade distai 905 de um difusor 900 de acordo com a presente invenção tem seis lóbulos quadrados não-afunilados 910, com um grande espaço interno 920 . 15 Na FIGURA 10, a extremidade distai 1010 de um difusor 1000 de acordo com a presente invenção tem geralmente um formato oval, estriada para formar os lóbulos 1020. Conforme exemplificado na FIGURA 10, a forma base de um difusor ou cano de escapamento de acordo com a invenção pode 20 ser circular, oval, quadrada, ou então enquanto restante dentro do âmbito da invenção. Na FIGURA 11, a extremidade distai 1110 de um difusor 1100 de acordo com a presente invenção tem cinco lóbulos 1120, formados geralmente como os lóbulos 225, e a 25 diferença principal é que os lóbulos 1120 se estendem apenas parcialmente em torno da circunferência da extremidade distai 1110, e o restante 1130 é não estriado. A FIGURA 12 ilustra uma outra realização de um difusor 1200 de acordo com a presente invenção, e o difusor 30 1200 é geralmente similar ao difusor 200, com diferenças tais como segue:

Os lóbulos 1210 do difusor 1200 não se estendem axialmente diretos da extremidade proximal 1220 do difusor 1200 à sua extremidade distai 1230; ao invés disto, eles se . torcem ao redor, formando um padrão espiralado. Os lóbulos 1210 também não se estendem radialmente para fora significativamente além da extremidade proximal 1220. Os 5 lóbulos 1210 também contêm pequenas perfurações 1240 (somente algumas das quais são mostradas para maior clareza) e grandes perfurações 1250 (somente algumas das quais também são mostradas para maior clareza).

As perfurações nos lóbulos ou outras áreas do 10 difusor podem ser desejadas em algumas configurações para uma difusão adicional de gases de exaustão. Os lóbulos 1210 também contêm bordas superiores inclinadas 1260 para a modificação do fluxo de exaustão. As FIGURAS 13A e 13B mostram uma outra realização 15 de um difusor 1300 de acordo com a presente invenção, em que o difusor 1300 é similar ao difusor 200 exceto pelo fato que o difusor 1300 contém um bloco 1310 no espaço interno 227 entre os lóbulos 1320, e os lóbulos 1320 são em número de dez e não-afunilados radialmente na extremidade distai 1330 do 20 difusor 1300. 0 bloco 1310 pode ser utilizado em qualquer realização da invenção que contém um espaço interno similar ao espaço interno 227. O bloco 1310 é moldado para finalidades aerodinâmicas em sua extremidade proximal 1340, e unido à parte interna radial dos lóbulos 1320 por meio de 25 solda ou de outra maneira, preenchendo o espaço interno 227 e servindo para bloquear o fluxo de gases de exaustão através do mesmo, forçando os gases de exaustão a sair do difusor 1300 para a atmosfera apenas através dos lóbulos 1320. Este arranjo pode ser desejado em algumas configurações para a 30 difusão e o arrasto ideais, e para eliminar o centro do fluxo do gás de exaustão que tende a ficar mais quente (tal como mostrado nas FIGURAS 4 e 5, linha J) do que os pontos dispostos radialmente para fora do centro (linhas A-H nas FIGURAS 4 e 5) . Outras realizações do bloco 1310 incluem um bloco que impede apenas parcialmente que os gases de exaustão fluam através do espaço interno 227. O fluxograma esquemático que segue é geralmente 5 indicado como um fluxograma lógico. Dessa maneira, a ordem descrita e as etapas etiquetadas são indicativas de uma realização do método apresentado. Podem ser concebidos outras etapas e métodos que são equivalentes na função, na lógica ou no efeito para uma ou mais etapas, ou partes das mesmas, do 10 método ilustrado. Adicionalmente, o formato e os símbolos empregados são fornecidos para explicar as etapas lógicas do método e deve ficar compreendido que não limitam o âmbito do método. Embora vários tipos de setas e tipos de linhas possam ser empregados no fluxograma, deve ficar compreendido que não 15 limitam o âmbito do método correspondente. Algumas setas ou outros conectores podem ser utilizados para indicar somente o fluxo lógico do método. Por exemplo, uma seta pode indicar um período de espera ou de monitoramento de duração não especificada entre etapas numeradas do método descrito. 20 Adicionalmente, a ordem em que um método particular ocorre pode ou não aderir estritamente à ordem das etapas correspondentes mostradas. A FIGURA 14 ilustra uma realização de um método de difusão de gases de exaustão na atmosfera. O método 1500 25 começa tal como descrito no bloco 1505, e um invólucro 1510 é provido, em que o invólucro é uma tubulação de exaustão, um difusor, um dispositivo de tratamento da exaustão, ou algum outro componente de trem de exaustão do motor, ou o trem de exaustão em sua totalidade. O invólucro recebe os gases de 30 exaustão 1520 de um motor ou componente do trem de exaustão a montante, e a exaustão é impelida 1530 através de uma primeira passagem no invólucro, tal como uma tubulação de exaustão cilíndrica padrão ou um dispositivo de tratamento. A exaustão é então impelida 1540 através de uma segunda . _ passagem estriada no invólucro, de maneira tal que os gases de exaustão passam parcial ou completamente através dos lóbulos formados pelo esfriamento. A exaustão é expelida 5 então 1550 diretamente na atmosfera, e o método termina 1560. O método 1500 pode ser modificado e/ou expandido pelas etapas indicadas na descrição acima ou por etapas adicionais aparentes aos elementos versados na técnica enquanto restantes dentro do âmbito da invenção, tal como a 10 adição de uma etapa de impulsão dos gases de exaustão através da segunda passagem adjacente aproximadamente à superfície interna inteira da segunda passagem, tal como descrito acima, de maneira tal que o fluxo dos gases de exaustão é aproximadamente uniforme e evita correntes parasitas 15 significativas ou outras perturbações de fluido. Outras adições possíveis incluem a impulsão dos gases através da primeira passagem em uma primeira área em seção transversal e através da segunda passagem através de uma segunda área em seção transversal de tamanho aproximadamente igual ao da 20 primeira. Outras incluem a impulsão dos gases através da primeira passagem em uma primeira circunferência em seção transversal, e através da segunda passagem através de uma segunda circunferência em seção transversal, em que a segunda circunferência é maior do que a primeira. 25 A presente invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem que se desvie do seu caráter ou características essenciais. As realizações descritas devem ser consideradas em todos os respeitos somente como ilustrativas e não restritivas. O âmbito da invenção é 30 indicado, portanto, pelas reivindicações anexas e não pela descrição acima. Todas as mudanças que se enquadram dentro do significado e faixa de equivalência das reivindicações devem ser englobadas dentro de seu âmbito.

Claims (20)

1. APARELHO PARA RESFRIAR GASES DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA, em que o aparelho é caracterizado pelo fato de compreender: um difusor que tem uma extremidade proximal e uma extremidade distai, em que a extremidade proximal é configurada para receber os gases de exaustão do motor, e a extremidade distai é configurada para expelir os gases de exaustão na atmosfera; e uma pluralidade de lóbulos dispostos pelo menos parcialmente na extremidade distai, em que os lóbulos são configurados de uma maneira tal que pelo menos uma parte dos gases de exaustão passa através dos lóbulos; em que os lóbulos são afunilados longitudinalmente, ficando maiores à medida que aproximam a extremidade distai da extremidade proximal; e em que a área de seção transversal da extremidade distai é aproximadamente igual à área de seção transversal da extremidade proximal.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela circunferência da extremidade distai ser maior do que a circunferência da extremidade proximal.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela extremidade proximal ser substancialmente cilíndrica e adaptada para ser ficada a uma tubulação de exaustão substancialmente cilíndrica.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos lóbulos serem dispostos em um padrão substancialmente anular, definindo um espaço interno, e compreendem adicionalmente um bloco disposto no espaço interno, em que o bloco é configurado para impedir pelo menos parcialmente que os gases de exaustão passem através do espaço interno.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos lóbulos serem dispostos em um padrão anular, os lóbulos são substancialmente iguais no tamanho e na forma e equidistantes entre si, e os lóbulos se estendem radialmente para fora do centro da extremidade distai em seção transversal.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por cada lóbulo ser radialmente afunilado de maneira tal que na extremidade distal do difusor cada lóbulo é mais largo em seu lado externo radial e mais estreito em seu lado interno radial, e cada lóbulo ainda se estende radialmente para o cilindro da tubulação e radialmente para fora do cilindro da tubulação .

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aparelho ser configurado para ser utilizado com um motor diesel , e em que a extremidade proximal do aparelho é substancialmente cilíndrica e tem aproximadamente quatro a cinco (4-5) polegadas de diâmetro em que a extremidade distai tem aproximadamente seis (6) polegadas de diâmetro, e os lóbulos compreendem doze (12) lóbulos, cada um deles com aproximadamente quatro (4) polegadas de comprimento.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada lóbulo ter um formato triangular em seção transversal, em que o topo do triângulo corresponde ao topo do lóbulo na extremidade distal do difusor, e o lado radial externo do triângulo é orientado aproximadamente a 20 graus afastado de uma linha central perpendicular ao topo do triângulo.

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma pluralidade de perfurações dispostas nos lóbulos.

10. APARELHO PARA A DIFUSÃO DE GASES DE EXAUSTÃO, em que o aparelho é caracterizado por compreender: um cano de escapamento que tem uma extremidade proximal e uma extremidade distai , em que a extremidade proximal é configurada para receber os gases de exaustão e a extremidade distai é configurada para expelir os gases de exaustão na atmosfera; e uma pluralidade de lóbulos dispostos pelo menos parcialmente na extremidade distai, os lóbulos configurados de modo que pelo menos uma porção dos gases de exaustão passe através dos lóbulos; em que os lóbulos são afunilados longitudinalmente, ficando maiores à medida que aproximam a extremidade distai da extremidade proximal; e em que a área de seção transversal da extremidade distai é aproximadamente igual à área de seção transversal da extremidade proximal.

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela circunferência da extremidade distai ser maior do que a circunferência da extremidade proximal.

12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela extremidade proximal do cano de escapamento ser unida operacionalmente ao motor diesel para receber os gases de exaustão gerados pelo motor, e compreender adicionalmente um filtro para material em partículas diesel disposto entre o motor e o cano de escapamento.

13. MÉTODO PARA RESFRIAR GASES DE EXAUSTÃO, em que o método é caracterizado por compreender: a impulsão dos gases de exaustão através de uma primeira passagem; a impulsão dos gases de exaustão através de uma pluralidade de lóbulos afunilados longitudinalmente, em que os gases de exaustão passam através da primeira passagem através de uma primeira seção transversal e através dos lóbulos em uma segunda seção transversal coletiva de área aproximadamente igual à primeira seção transversal; e a expulsão dos gases de exaustão dos lóbulos para a atmosfera.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelos lóbulos serem criados pelo esfriamento de uma segunda passagem.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente a geração os gases de exaustão de um motor diesel de combustão interna e a impulsão dos gases de exaustão do motor diesel de combustão interna para a primeira passagem.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela impulsão dos gases de exaustão através dos lóbulos compreender a impulsão de uma parte dos gases de exaustão adjacentes aproximadamente a todas as superfícies internas dos lóbulos, de maneira tal que o fluxo dos gases de exaustão fica aproximadamente uniforme.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente o bloqueio da passagem de gases de exaustão através de uma parte da segunda passagem.

18. SISTEMA DE TRATAMENTO E RESFRIAMENTO DE EXAUSTÃO DE UM MOTOR DIESEL, em que o sistema é caracterizado por compreender: uma tubulação de exaustão que contém e dirige substancialmente os gases de exaustão gerados pelo motor; um mecanismo de tratamento da exaustão disposto na tubulação de exaustão, em que o mecanismo de tratamento da exaustão é configurado para modificar a composição dos gases de exaustão, um mecanismo de regeneração unido operacionalmente ao mecanismo de tratamento da exaustão, em que o mecanismo de regeneração é configurado para regenerar o mecanismo de tratamento da exaustão de tempos em tempos; e um mecanismo de resfriamento disposto a jusante do invólucro do mecanismo de tratamento da exaustão, em que o mecanismo de resfriamento compreende uma pluralidade de lóbulos e é configurado para receber os gases de exaustão da tubulação de exaustão na extremidade proximal e para expelir os gases de exaustão através dos lóbulos para a atmosfera na extremidade distai; em que os lóbulos são afunilados longitudinalmente, ficando maiores à medida que aproximam a extremidade distai da extremidade proximal; e em que uma área de seção transversal da extremidade distai é aproximadamente igual a uma área de seção transversal da extremidade proximal.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pela circunferência coletiva dos lóbulos ser maior do que a circunferência da tubulação de exaustão.

20. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo mecanismo de tratamento da exaustão compreender um filtro para material em partículas diesel.

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