BR102013005124A2

BR102013005124A2 - Módulo funcional compreendendo um turbo carregador de escapamento e um coletor de escapamento

Info

Publication number: BR102013005124A2
Application number: BRBR102013005124-1A
Authority: BR
Inventors: Gottfried Raab; Franz Aiginger; Thorolf Schatzberger; Pavel Stepanek
Original assignee: Man Truck & Bus Osterreich Ag
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2015-08-25
Also published as: CN103382883B; EP2634393A2; CN103382883A; AT512567A1; RU2626030C2; EP2634393A3; EP2634393B1; BR102013005124B1; RU2013106517A; AT512567B1

Abstract

Módulo funcional compreendendo um turbo carregador de escapamento e um coletor de escapamento. A presente invenção refere-se a um módulo funcional compreendendo pelo menos um turbo carregador de escapamento e um coletor de escapamento para um motor de combustão interna turbo carregado em veículos motorizados, em que o motor de combustão interna tem um dispositivo de recircuiação de gás de escapamento compreendendo uma válvula de recirculação, um dispositivo de controle de pressão de impulso compreendendo um flap de derivação e um flap de freio para controlar um efeito de frenagem do motor, que é disposto no sistema de escapamento. Um módulo funcional que é vantajoso em termos de engenharia de produção e em termos de construção e é simples de montar, que é alcançada em virtude do fato de que a válvula de recirculação (8), o flap de freio (10) e o flap de derivação (14a) são integrados no módulo funcional (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÓDULO FUNCIONAL COMPREENDENDO UM TURBO CARREGADOR DE ESCA-PAMENTO E UM COLETOR DE ESCAPAMENTO". A presente invenção refere-se a um módulo funcional compreendendo um turbo carregador de escapamento e um coletor de escapamen-to para um motor de combustão interna turbo carregado em veículos motorizados de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 da patente.

No caso de motores de combustão interna turbo carregado em veículos motorizados, há uma prática amplamente conhecida de montar o turbo carregador de escapamento ou a turbina de escapamento do mesmo diretamente no coletor de escapamento do motor de combustão interna considerando que isso é estruturalmente possível a fim de evitar as perdas de eficiência e para garantir uma rápida resposta do turbo carregador na operação do estado não estável. Os dispositivos para impulsionar o controle da pressão por meio de uma válvula de derivação e, caso seja apropriado, para a recirculação de gás de escapamento no sistema de admissão do motor de combustão interna também são comuns, em particular para satisfazer as exigências relacionadas à purificação do gás de escapamento. Nos veículos comerciais, os flaps do freio são, ademais, também inseridos no sistema de escapamento para alcançar um efeito de frenagem do motor intensificado na operação de ultrapassagem do veículo motorizado. É o objetivo da invenção propor um módulo funcional do tipo em questão que seja vantajoso em termos de engenharia de produção e seja de construção simples.

De acordo com a invenção, este objeto é alcançado por meio dos recursos da reivindicação 1 da patente. As modalidades vantajosas e os desenvolvimentos da invenção formam o assunto das reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção, a proposta é que o flap de freio do dispositivo de frenagem do motor, o flap de derivação do sistema de controle de pressão de impulso e, se for apropriado, a válvula de recirculação de gás de escapamento do dispositivo de recirculação de gás de escapamento se- jam integrados em um módulo funcional. O módulo funcional, de acordo com a invenção, representa uma unidade de montagem funcionalmente integrada e compacta e facilmente manuseada que só tem que ser conectada às unidades de controle eletrônicas correspondentes e permite o diagnóstico do sistema relevante ou configuração até mesmo antecipadamente. A montagem no motor de combustão interna pode, então, ser realizada rapidamente e sem problemas.

Ao mesmo tempo, é particularmente vantajoso se os dispositivos acionadores ou acionadores (elétricos e/ou pneumáticos e/ou hidráulicos) para o flap de freio e/ou o flap de derivação e, se for apropriado, a válvula de recirculação já estiverem encaixadas no módulo funcional.

Para chegar a um projeto sólido e, entre outras coisas, também resistente à vibração para o módulo funcional, uma cantoneira de suporte pode ser fornecida no turbo carregador de escapamento, sendo que a dita cantoneira forma vantajosamente uma blindagem contra calor no coletor de escapamento ao mesmo tempo. Em particular, a blindagem contra calor impede a radiação térmica excessiva e as temperaturas ambientes no compartimento do motor do veículo motorizado e pode ser separada ou espaçada do coletor de escapamento, pelo menos em uma determinada área, por uma lacuna de ar isolante.

Além do mais, os acionadores para o sistema de recirculação de gás de escapamento e o flap de freio podem ser posicionados no lado superior do módulo funcional de tal modo a serem facilmente acessíveis na posição de instalação do último, e são presos na cantoneira de suporte, desse modo, fazendo trabalho de avaliação ou ajuste mais fácil. O mesmo se aplica ao acionador para o sistema de controle de pressão de impulso, que é preferivelmente preso no alojamento do compressor, no lado superior do mesmo. Essencialmente, todos os acionadores podem ser dispostos em um único plano horizontal acima dos flanges de conexão do coletor de escapamento e da cantoneira de suporte.

Em uma modalidade preferida, a válvula de recirculação de gás de escapamento pode ser formada por um único flap do acelerador, que é disposto em uma ponta de conexão de linha de recirculação de gás de es-capamento formada no coletor de escapamento e pode ser ajustada para qualquer posição intermediária.

Em uma outra modalidade do flap de freio do dispositivo de fre-nagem do motor, que é vantajosa em termos de engenharia de produção e simples em termos de montagem, o flap de freio pode ser inserido em um segmento de linha do coletor de escapamento próximo da turbina de escapamento do turbo carregador de escapamento. No entanto, o flap de freio também poderia ser posicionado diretamente no alojamento da turbina de escapamento, muito embora isso possivelmente exigisse modificações específicas no projeto nesta localização.

Em princípio, o flap de derivação para o sistema de controle de pressão de impulso pode ser disposto no turbo carregador de escapamento em uma linha de derivação que conecta a linha de pressão de impulso de saída do compressor à turbina de escapamento.

Em um desenvolvimento da invenção que é vantajosa em termos de tecnologia de fundição, o alojamento da turbina de escapamento e do coletor de escapamento podem, cada um, ser incorporado como uma única parte fundida e conectada a uma outra ou presa em uma outra por regiões de conexão mutuamente associadas, em particular os flanges de conexão, por exemplo, por meio de pelo menos uma junta aparafusada.

Como uma alternativa, o alojamento da turbina de escapamento e do coletor de escapamento também pode ser formado por um componente produzido como uma única parte, em particular, produzido a partir de um único material e/ou integralmente, em particular, um componente fundido, em particular, como uma parte geral em uma única operação de fundição.

Como uma outra alternativa, o alojamento da turbina de escapamento e do coletor de escapamento também pode ser incorporado como duas partes fundidas juntas e presas uma à outra de tal modo que uma superfície de separação das duas partes se estende aproximadamente ao longo da linha central das linhas integradas no coletor de escapamento. Neste caso, o coletor de escapamento seria, então, produzido na forma de duas carcaças com uma superfície de separação plana estendendo-se no alojamento da turbina de escapamento. As duas partes podem, então, ser apara-fusadas entre si, por exemplo, ou até mesmo soldadas juntas, se exigido.

Além do mais, o coletor de escapamento pode ser de projeto de única parte ou integral, por exemplo, pode ser projetado e produzido como uma única fundição. Como uma alternativa, no entanto, também é possível que o coletor de escapamento seja de projeto de múltiplas partes, em que as partes do coletor individuais sejam, então, conectadas de maneira segura entre si no estado completamente montado, e pelo menos umsr das partes do coletor forme a parte do módulo funcional de acordo com a invenção.

Um segmento de linha adicionalmente pode ser fornecido, por exemplo, integralmente fundido, no coletor de escapamento a montante do segmento de linha que leva à turbina de escapamento, por meio de cujo segmento de linha adicional os gases de escapamento dos cilindros adicionais do motor de combustão interna podem ser introduzidos. O módulo funcional pode, então, ser usado para os motores de combustão interna com diferentes quantidades de cilindros, e o segmento de linha fornece a compatibilidade necessária.

Por fim, o turbo carregador de escapamento pode ser um turbo carregador de alta pressão de um sistema de carregamento de pressão escalonada para o motor de combustão interna, que compreende um carregador de alta pressão e um carregador de baixa pressão situado a jusante no lado do escapamento.

As duas modalidades ilustrativas da invenção são explicadas em mais detalhes abaixo com referência ao desenho esquemático em anexo, em que: A Figura 1 mostra um módulo funcional para um motor de combustão interna para veículos comerciais, compreendendo um turbo carregador de escapamento, um coletor de escapamento e uma cantoneira de suporte em uma vista tridimensional do flange de conexão do coletor de escapamento; A Figura 2 mostra o módulo funcional de acordo com a Figura 1 em uma vista oblíqua de cima do turbo carregador de escapamento e dos acionadores para o controle de pressão de impulso, para controlar o flap de freio e para controlar a válvula de recirculação de gás de escapamento; A Figura 3 mostra uma vista em um plano de separação ao longo da linha lll-lll na Figura 1 através do coletor de escapamento de duas partes e do alojamento da turbina de escapamento, que mostra o flap de freio e o flap do acelerador da válvula de recirculação de gás de escapamento; A Figura 4 mostra uma seção transversal ao longo da linha IV-IV na higura i através ao alojamento da turbina de escapamento e do coletor de escapamento; e A Figura 5 mostra, como uma parte isolada, um coletor de escapamento de única parte, alternativa, do módulo funcional com seções parciais na região do flap de freio e do flap do acelerador da válvula de recirculação de gás de escapamento.

As Figuras 1 e 2 mostram vistas tridimensionais de um módulo funcional 1 para um motor de combustão interna em linha turbo carregado com um turbo carregador de escapamento 2 (de construção conhecida a menos que seja afirmado o contrário) que tem um alojamento fundido, e um coletor de escapamento 3 (ou uma área parcial de um coletor de escapamento de múltiplas partes), os flanges de conexão 3a do qual são conectados no lado do escapamento a um cabeçote do cilindro para os cilindros do motor de combustão interna (não mostrados), neste caso para dois tais cilindros por meio de exemplo. O módulo funcional 1 é suportado no motor de combustão interna por meio de uma cantoneira de suporte 4, que é ilustrada ou indicada a-penas em um modo extremamente esquemático, com a cantoneira de suporte 4 sendo presa no turbo carregador de escapamento 2 e/ou no bloco do cilindro do motor de combustão interna por meio de juntas aparafusadas, por exemplo (não mostrado).

Com uma seção 4a que circunda o coletor de escapamento 3, preferivelmente enquanto deixa uma lacuna de ar definida, a cantoneira de suporte 4 forma uma blindagem contra calor ao mesmo tempo. O turbo carregador de escapamento 2 consiste em uma turbina de escapamento 5 e um compressor 6, do qual apenas os alojamentos (preferivelmente produzidos por fundição), mas não as rodas do rotor e o haste e os mancais do mesmo são mostrados.

Em uma primeira modalidade ilustrativa, a turbina de escapamento ou o alojamento 5 da mesma é conectado diretamente, por meio de um flange de fluxo de entrada 5a (Figura 4), a um flange 3b formado em um segmento de linha comum 3c do coletor de escapamento de única parte 3. O segmento de linha 3c (Figura 4) se conecta aos dois dutos de escapamento 3d do coletor de escapamento 3 que se abre nos flanges de conexão 3a.

Uma ponta de conexão 3e, à qual uma linha de recirculação de gás de escapamento (não mostrada) que leva ao sistema de admissão do motor de combustão interna é conectada, pode, ademais, ser formada integralmente no coletor de escapamento 3. Um flap do acelerador 8 como uma válvula de recirculação de gás de escapamento é suportado na ponta de conexão 3e por meio de uma haste 7, pode ser controlado por meio de um acionador 9 (Figuras 1 e 2) e determina a taxa de recirculação de gás de escapamento de acordo com os parâmetros de operação do motor de combustão interna.

Um flap de freio 10 é adicionalmente suportado em uma haste 11 no segmento de linha 3c do coletor de escapamento 3 próximo do flange 3b (Figura 4), sendo que o dito flap é ajustável por meio de um acionador adicional 12 de acordo com os parâmetros de operação predeterminados, por exemplo, para uma intervenção de potência de freio ativo, para resfriar o bocal injetor etc., para uma posição aberta ou mais ou menos fechada para a introdução de um efeito de frenagem de motor.

Tanto o EGR quanto o flap do acelerador 8 e o flap de freio 10 podem, então, ser ajustados ou definidos de acordo com os parâmetros de operação predefinidos do motor de combustão interna, em cada caso de uma maneira infinitamente variável.

Um acionador 13 para o controle de pressão de impulso do motor de combustão interna é preso no alojamento 6 do compressor, controlando uma linha de derivação fornecida no turbo carregador de escapamento 2 e tendo um flap de derivação (de construção conhecida, não mostrada). A linha de derivação (Figura 4 mostra a linha central em linhas quebradas 14) conecta a linha de pressão de impulso 6a (Figura 2) que leva para longe do compressor 6 até o duto de entrada de fluxo da turbina 5b (Figura 4) da turbina de escapamento 5 de uma maneira conhecida, assim, possibilitando que a pressão de impulso do motor de combustão interna seja reduzida por meio do flap de derivação 14a no caso de uma redução controlada, sendo que o dito flap de derivação é mostrado ou indicado apenas esquematica-mente na Figura 4. Também conectada ^turbina de escapamento 5 está a linha de escapamento centralmente de saída 15, que pode ser conectada ao resto do sistema de escapamento do motor de combustão interna.

Os acionadores 9, 12, 13 podem ser acionados elétrica, hidráulica ou eletro-hidraulicamente, por exemplo, e se ativam por meio de ligações ou alavancas ou semelhantes (não mostrados especificamente) nas hastes 7, 11 do flap do acelerador 8 e do flap de freio 10 e no flap de derivação 14a do sistema de controle de pressão de impulso.

Conforme pode ser visto, em particular, a partir das Figuras 1 e 2, os acionadores 9, 12, 13 são dispostos substancialmente no mesmo plano horizontal no lado superior do módulo funcional 1 ou acima do coletor de escapamento 3, na posição de instalação dela no motor de combustão interna, com acionadores 9, 12 sendo presos na cantoneira de suporte 4, enquanto o acionador 13 para o controle de pressão de impulso é preso no alojamento do compressor 6. As fixações são formadas por juntas aparafu-sadas, por exemplo, (não mostradas especificamente).

Um outro segmento de linha 3f, por meio do que os cilindros adicionais do motor de combustão interna ou o gás de escapamento do último podem ser introduzidos no módulo funcional 1, é formado no coletor de escapamento 3 (Figura 5), oposto à ponta de conexão 3e. Isso ocorre sem dizer que o turbo carregador de escapamento 2 ou a turbina de escapamento 5 do mesmo deve ser projetado para os respectivos fluxos em massa do gás de escapamento. A Figura 3 mostra uma modalidade alternativa de um coletor de escapamento 3 e de uma turbina de escapamento 5, em que os dois componentes são projetados de modo a serem fundidos juntos integralmente ou fundidos juntos por uma técnica de fundição que envolve duas partes separadas. Isso torna possível dispensar com os flanges de fixação 5a e 3b.

No presente, a Figura 3 mostra apenas a metade inferior da turbina de escapamento 5 e do coletor de escapamento 3 e, no caso de uma variante que é fundida junto por uma técnica de fundição que envolve duas partes, a única superfície de separação plana 16 se estende ao longo da linha central dos segmentos dè tfntra 3c, 3d, 3e, 3f^fo coletor de escapamento 3, por exemplo, e não há, portanto, cortes inferiores, no presente, durante a remoção do molde. Seria igualmente possível incorporar a parte superior do alojamento da turbina de escapamento 5 e do coletor de escapamento 3 (não mostrada) sem os cortes inferiores. No entanto, conforme já mencionado acima, o componente também pode ser formado integralmente geral, por meio de fundição, com o resultado de que a ilustração na Figura 3 mostrar, então, apenas as superfícies da seção em 16. O módulo funcional 1 pode ser produzido como uma unidade pré-montada separa autônoma, sendo q é possível controlar as funções dos acionadores 9, 12, 13 a serem diagnosticados e definidos antecipadamente em uma posição de teste apropriada. O módulo funcional 1 pode, então, ser preso no motor de combustão interna com pouco esforço em termos de montagem, e os acionadores 9, 12, 13 podem ser conectados a uma unidade de controle do motor eletrônico e, se for apropriado, aos dispositivos de controle hidráulico (não mostrado) com boa acessibilidade por cima.

Como um desvio das modalidades ilustrativas, o coletor de escapamento 3 também pode ser projetado sem uma válvula de recirculação de gás de escapamento 8, caso seja apropriado. No caso de carregamento de pressão escalonada do motor de combustão interna, o turbo carregador de escapamento 2 do módulo funcional 1 pode ser um carregador de alta pressão, ao qual um carregador de baixa pressão pode ser conectado a jusante da turbina de escapamento.

Conforme igualmente já mencionado, o coletor de escapamento 3 pode, em princípio, ser de projeto integral ou de projeto de múltiplas partes, e, no último caso, as partes do coletor individuais podem ser conectadas entre si de uma maneira apropriada.

Claims

1. Módulo funcional compreendendo pelo menos um turbo carregador de escapamento e um coletor de escapamento para um motor de combustão interna de turbo carregado em veículos motorizados, em que o motor de combustão interna tem um dispositivo de controle de pressão de impulso que compreende um flap de derivação, sendo que um flap de freio é para controlar um efeito de frenagem do motor, que é disposto no sistema de escapamento, caracterizado pelo fato de que o flap de freio (10) e o flap de derivação (14a) são integrados no módulo funeionaHI).

2. Módulo funcional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna tem, adicionalmente, um dispositivo de recirculação de gás de escapamento compreendendo uma válvula de recirculação (8), que é igualmente integrada no módulo funcional (1).

3. Módulo funcional, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um dispositivo acionador, em particular, um acionador (9, 12, 13), para acionar o flap de freio (10) e/ou o flap de derivação (14a) e/ou uma válvula de recirculação (8) de um dispositivo de recirculação de gás de escapamento é adicionalmente parte do módulo funcional (1) e, em particular, os respectivos acionadores (9, 12, 13) são instalados no módulo funcional (1).

4. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma cantoneira de suporte (4) é fornecida no turbo carregador de escapamento (2), sendo que a dita cantoneira forma uma blindagem contra calor (4a) para o coletor de escapamento (3) ao mesmo tempo.

5. Módulo funcional, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a cantoneira de suporte (4) é separada e/ou espaçada do coletor de escapamento (3) por uma lacuna de ar isolante.

6. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um dispositivo acionador, em particular, um acionador (9, 12), para um sistema de recirculação de gás de escapamento e/ou o flap de freio (10) é posicionado no lado superior do módulo funcional (1) na posição de instalação do último, e é preso na cantoneira de suporte (4).

7. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um dispositivo acionador, em particular, um acionador (13), para o sistema de controle de pressão de impulso é preso no alojamento do compressor (6), no lado superior do último em relação à posição de instalação.

8. Módulo funcional, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que todos os dispositivos acionadores, em particular, os acionadores (9, 12, 13), são dispostos substanciafmente enr um único plano horizontal acima dos flanges de conexão (3a) do coletor de escapa-mento (3) e da cantoneira de suporte (4).

9. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a válvula de recirculação de gás de escapamento é formada por um flap do acelerador (8), que é disposta em uma ponta de conexão (3e) formada no coletor de escapamento (3).

10. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o flap de freio (10) é inserido em um segmento de linha (3c) do coletor de escapamento (3) perto da turbina de escapamento (5) do turbo carregador de escapamento (2).

11. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o flap de derivação (14a) é disposto no turbo carregador de escapamento (2) em uma linha de derivação (14) que conecta a linha de pressão de impulso de saída (6a) do compressor (6) à turbina de escapamento (5).

12. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o alojamento da turbina de escapamento (5) e o coletor de escapamento (3) são, cada um, formados por componentes separados, em particular, por componentes separados produzidos por fundição, que são preferivelmente conectados entre si por flanges de conexão (5a, 3b) como regiões de conexão ou em que o alojamento da turbina de escapamento (5) e o coletor de escapamento (3) são formados por um componente produzido como uma única parte, em particular, produ- zido de um único material e/ou integralmente, em particular, um componente fundido, ou em que o alojamento da turbina de escapamento (5) e o coletor de escapamento (3) são incorporados como duas partes fundidas juntas de tal modo que o coletor de escapamento (3) tem uma superfície de separação plana que se estende no alojamento da turbina de escapamento (5), com a superfície de separação das duas partes estendendo-se, em particular, a-proximadamente ao longo da linha central das linhas (3c, 3d, 3e, 3f) integradas no coletor de escapamento (3), em que as duas partes são conectadas de maneira segura entre si, em particutar, eoneetadas entre si de maneira segura por meio de pelo menos uma junta aparafusada.

13. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o coletor de escapamento (3) é de projeto de única parte ou de múltiplas partes, em que, no caso de um coletor de escapamento (3) de projeto de múltiplas partes, as partes do coletor individuais são conectadas entre si e pelo menos uma das partes do coletor forma parte do módulo funcional.

14. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um segmento de linha adicional (3f) é fornecido, em particular, integralmente fundido, no coletor de escapamento (3) a montante de um segmento de linha (3c) que leva à turbina de escapamento (5), por meio de cujo segmento de linha adicional os gases de escapamento de pelo menos um cilindro adicional do motor de combustão interna podem ser introduzidos.

15. Módulo funcional, de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o turbo carregador de escapamento (2) é um turbo carregador de alta pressão de um sistema de carregamento de pressão escalonada para o motor de combustão interna, que compreende um carregador de alta pressão e um carregador de baixa pressão situado a jusante no lado do escapamento.

16. Veículo motorizado, em particular, um veículo comercial, dotado de um módulo funcional como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.