BR102013026555B1 - Tubulação de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor e veículo - Google Patents

Tubulação de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor e veículo Download PDF

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Abstract

tubulação de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor. a invenção refere-se a uma tubulação de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor, com turbo carregamento de exaustão e um dispositivo de recirculação de gás de exaustão para recircular o gás de exaustão a partir da tubulação de exaustão para a entrada de motor, onde a tubulação de exaustão compreende um tubo dianteiro com várias aberturas dce fluxo de entrada conectadas às câmaras de combustão do motor de combustão interna através de peças de conexão, e aberturas de saída ramificando a partir do tubo dianteiro através de ramificações de conexão para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão. para alcançar uma taxa de recirculação de gás de exaustão alta e uma pressurização efetiva do turbo carregador de exaustão com o gás de exaustão, é proposto que pelo menos um elemento-guia de fluxo (10) seja disposto no tubo dianteiro (4) perto das aberturas de saída (7, 8) que dividem o fluxo de gás de exaustão em duas aberturas de saída (7, 8) de forma alvo.

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma tubulação de exaustão para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor, com turbo carregamento de exaustão e um dispositivo de recir- culação de gás de exaustão, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
[002] DE 10 2006 016432 A1 descreve um motor de combustão interna com turbo carregamento de exaustão e um dispositivo de recir- culação de gás de exaustão, onde em uma tubulação de exaustão de fluxo duplo, uma abertura de saída para a recirculação de gás de exaustão ramifica de um fluxo enquanto os dois fluxos são unidos para uma saída comum para o turbo carregador de exaustão. Um orifício de fluxo excedente é fornecido antes da abertura de saída para o turbo carregador de exaustão e deve ter uma influência positiva nas condições de pressão no fluxo com a abertura da recirculação de gás de exaustão.
[003] WO2011/136088 mostra uma tubulação de exaustão ao lado de sua linha de abastecimento de gás de exaustão que compreende adicionalmente uma ramificação para um turbocompressor e uma ramificação para uma linha de recirculação de gás de exaustão. Em relação às duas ramificações, uma tubulação de exaustão de formato tubular mostra uma porção arqueada (recesso), que afeta o fluxo de gases de exaustão e, em particular, a taxa d e recirculação de gás de exaustão.
[004] US2005205070A1 revela um aparelho que inclui uma entrada na primeira extremidade de um tubo, na qual um fluxo de fluido entra na entrada. Uma primeira saída está em uma segunda extremidade da tubulação. Uma segunda saída é disposta entre a primeira extremidade e a segunda extremidade do tubo. Um defletor de fluxo deflete uma primeira parte do fluxo para fora da segunda saída. Uma segunda parte do fluxo sai da primeira saída.
[005] FR2863306 descreve um coletor de escape que tem um corpo principal que compreende uma parede intermediária que se estende de maneira retilínea entre dois orifícios de entrada. A parede tem um refletor para canalizar o fluxo de gases de escape fornecido de cada orifício de entrada para um orifício de saída que está disposto de forma oposta à parede. O defletor tem dois defletores dispostos nos lados de um eixo do orifício. Também é revelado um motor de combustão interna de um veículo a motor que compreende um coletor de escape.
[006] O objetivo da invenção é controlar as condições de fluxo na tubulação de exaustão com um dispositivo relativamente simples de modo que a pressurização da turbina do turbo carregador de exaustão seja aperfeiçoada e ao mesmo tempo uma recirculação de gás de exaustão alvo possa ser alcançada mesmo quando o motor de combustão interna não está no modo operacional estável.
[007] Esse objetivo é alcançado com as características da reivindicação 1. Vantagens e refinamentos particularmente adequados e modalidades da invenção são descritos nas reivindicações dependentes.
[008] De acordo com a invenção é proposto que pelo menos um elemento-guia de fluxo seja disposto no tubo dianteiro da tubulação de exaustão perto das aberturas de saída para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão, elemento que divide o fluxo de gás de exaustão em aberturas de saída de forma alvo. Surpreendentemente, descobriu-se que com essa medida uma pressuri- zação eficiente do turbo carregador de exaustão conectado à tubulação de exaustão pode ser alcançada, o que permite um desenho de fluxo único do tubo dianteiro e uma disposição variável do turbo carre- gador de exaustão, e que também exige taxas de recirculação de gás de exaustão altas sem o uso, por exemplo, de válvulas de vibração (flutter) para utilizar as flutuações de pressão em determinados estados operacionais do motor de combustão interna.
[009] Particularmente e preferivelmente, as aberturas de saída para a recirculação de gás de exaustão e turbo carregador de exaustão podem ser posicionadas entre duas aberturas de fluxo de entrada do tubo dianteiro, onde o elemento-guia de fluxo disposto entre as aberturas de fluxo de entrada adjacentes desvia os fluxos de gás de exaustão opostos para aberturas de saída. O gás de exaustão, dessa forma, flui para dentro das aberturas de saída de forma alvo e combinada com os fluxos de massa respectivos, onde a turbulência e as resistências a fluxo são muito evitadas.
[0010] Aqui, as aberturas de saída para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão podem ramificar a partir do tubo dianteiro substancialmente de forma diametralmente oposta, onde o elemento-guia de fluxo com paredes-guia desvia o fluxo de gás de exaustão para a abertura de saída de forma fluidicamen- te favorável.
[0011] O elemento-guia de fluxo pode, adicionalmente, de forma favorável para tecnologia de produção, ser projetado em formato de Y em seção transversal com uma parede-guia orientada na direção de fluxo do gás de exaustão no tubo dianteiro e duas paredes-guia dobradas na direção das aberturas de saída, e pode ser fundido em segmentos de parede diametralmente opostos do tubo dianteiro entre as aberturas de fluxo de entrada adjacentes. Particularmente de forma preferível, as paredes-guia do elemento-guia de fluxo podem misturar uma na outra com os segmentos curvos de desvio de fluxo.
[0012] Em uma modalidade particularmente preferida da tubulação de exaustão, em um fluxo de entrada quase horizontal do gás de exa- ustão através das aberturas de fluxo de entrada, a abertura de saída para a recirculação de gás de exaustão pode ser orientada de forma transversal ascendentemente e a abertura de saída para o turbo carregador de exaustão de forma transversal descendentemente, dessa forma, permitindo uma disposição livre de problemas do turbo carregador de exaustão no motor de combustão interna e uma conexão particularmente adequada da linha de recirculação de gás de exaustão, onde aplicável com o resfriador de gás de exaustão integral.
[0013] O tubo dianteiro de fluxo único preferido da tubulação de exaustão pode ser adaptado para conexão de pelo menos dois cilindros do motor de combustão interna, em particular para seis cilindros dispostos em linha, onde as aberturas de saída para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão são dispostas entre as últimas duas aberturas de fluxo de entrada na direção de fluxo do gás de exaustão. Isso tem uma influência não insignificante nas condições de fluxo na tubulação de exaustão, com uma carga de pressão de êmbolo efetiva do turbo carregador de exaustão e uma divisão- alvo do fluxo de massa de exaustão para a taxa de recirculação de gás de exaustão.
[0014] Em um refinamento vantajoso da invenção, os segmentos de parede opostos às aberturas de fluxo de entrada no tubo dianteiro podem ser formados de maneira ondulada de modo que observados na direção de fluxo do gás de exaustão, os picos da ondulação respectiva sejam posicionados na frente das aberturas de fluxo de entrada respectivas. Dessa forma, um alinhamento aperfeiçoado adicional do fluxo de massa de exaustão no tubo dianteiro pode ser alcançado, que, em particular, aperfeiçoa o comportamento de resposta do turbo carregador de exaustão e, adicionalmente, reduz uma pressão de retorno de exaustão induzida por fluxo em altas velocidades de rotação de motor. Em adição, as peças de conexão ou guias de tubo que cer- cam as aberturas de fluxo de entrada e se fundem no tubo dianteiro também podem ser formadas inclinadas ou curvas na direção de fluxo do gás de exaustão no tubo dianteiro.
[0015] Uma modalidade ilustrativa da invenção é explicada em maiores detalhes abaixo com referência ao desenho diagramático. Aqui:
[0016] A figura 1 ilustra uma vista na direção da seta X na figura 2 na tubulação de exaustão para um motor de combustão interna em linha para veículos a motor, com um turbo carregador de exaustão conectado à tubulação de exaustão e um conector de tubo conectado para uma linha de recirculação de gás de exaustão;
[0017] A figura 2 ilustra um corte ao longo da linha II-II da figura 1 através da tubulação de exaustão com o elemento-guia de fluxo integrado no tubo dianteiro;
[0018] A figura 3 ilustra um corte adicional ao longo da linha III-III na figura 1 através da tubulação de exaustão com os segmentos de parede ondulados a montante do elemento-guia de fluxo; e
[0019] A figura 4 ilustra a tubulação de exaustão em uma vista de acordo com a figura 2 em uma representação aumentada parcial.
[0020] As figuras de 1 a 4 ilustram uma tubulação de exaustão 1 que pode ser fixada a um motor de combustão interna, em particular para veículos a motor, com cilindros dispostos em pelo menos uma linha (motor de combustão em linha ou banco de cilindro de um motor em V) e aos quais são conectados a turbina de um turbo carregador de exaustão 2 (não descrita adicionalmente) e um conector de tubo 3 de uma linha de recirculação de gás de exaustão ramificada (não ilustrada) para um dispositivo de recirculação de gás de exaustão do tipo convencional.
[0021] A turbina de exaustão pode, por exemplo, possuir uma ge ometria de turbina variável (VTG). A tubulação de exaustão 1 pode ser fundida como uma peça única ou, como ilustrado, em duas peças com um segmento 1a e um segmento 1b, onde os segmentos são unidos de forma impermeável a gás através de uma manga de vedação 1c.
[0022] A tubulação de exaustão 1 compreende de forma functional um tubo dianteiro de fluxo único, orientado quase que de forma linear 4 e moldadas no mesmo peças de conexão de ramificação quase horizontal 5, que são conectadas, formando as aberturas de fluxo de entrada 6, ao cabeçote do cilindro (não ilustrado) do motor de combustão interna ou seus dutos de exaustão.
[0023] Adicionalmente, uma abertura de saída 7 ramificando para cima (ver também figura 4) é fornecida, à qual o conector de tubo 3 para a linha de recirculação de gás de exaustão é conectado.
[0024] A turbina do turbo carregador de exaustão 2 é conectada a uma abertura de saída de ramificação descendente 8 em um flange de conexão moldado 9 (ver figura 3).
[0025] A tubulação de exaustão 1 é projetada aqui, por exemplo, como um motor de combustão interna em linha de seis cilindros com, consequentemente, seis peças de conexão 5 e seis aberturas de fluxo de entrada 6. As aberturas de saída 7, 8 ramificando de forma transversal para cima e para baixo são posicionadas entre duas aberturas de fluxo de entrada 6 dos últimos cinco e seis cilindros na direção de fluxo de gás de exaustão (setas desenhadas nas figuras 2 a 4).
[0026] Nessa região, um elemento-guia de fluxo 10 (ver, em parti cular figuras 2 e 4) é fundido na tubulação de exaustão 1 ou o tubo dianteiro 4 e divide o fluxo de gás de exaustão no tubo dianteiro 4 nas duas aberturas de saída 7, 8 e/ou para a recirculação de gás de exaustão alvo e pressurização da turbina de exaustão do turbo carregador de exaustão 2.
[0027] O elemento-guia de fluxo 10 é formado em uma forma de Y em seção transversal observada ao longo da linha II-II (figura 1), com uma parede-guia 10a orientada na direção do tubo dianteiro 4 e duas paredes-guia 10b e 10c dobrando na direção das aberturas de saída 7, 8. Como é evidente em particular a partir da figura 4, as paredes-guia misturam uma na outra de forma arredondada através de segmentos curvados formados de maneira correspondente (sem referência numérica).
[0028] O elemento-guia de fluxo 10 ou suas paredes-guia 10a, 10b, 10c são fundidos no tubo dianteiro 4 (ver figura 3, parede-guia 10b) e projetados de forma fluida de modo que desviem o gás de exaustão fluindo para fora das aberturas de entrada 6 para as aberturas de saída 7, 8 em uma divisão-alvo.
[0029] A configuração em formato de Y do elemento-guia 10 ilustrada divide ambos o fluxo de massa de gás de exaustão fluindo para a esquerda no desenho dos cilindros de um a cinco, e o fluxo de massa de gás de exaustão fluindo na direção posta a partir do cilindro seis, evitando turbulência ou resistências de fluxo, nas duas aberturas de saída 7 e 8 (ver setas nas figuras 2 e 4).
[0030] É evidente em particular a partir da figura 4 que o elemento-guia 10 ou suas paredes-guia 10a, 10b, 10c abrem seções transversais de fluxo maiores e garantem uma orientação de fluxo dinamicamente preferida para a abertura de saída 8, enquanto as seções transversais de fluxo para a abertura de saída 7 para a recirculação de gás de exaustão são significativamente menores.
[0031] Quando essas seções transversais são combinadas com os fluxos de massa de gás de exaustão do motor de combustão interna, de uma forma-alvo, primeiramente uma pressurização efetiva do turbo carregador de exaustão 2 pode ser alcançada e em segundo lugar uma alta taxa de recirculação de gás de exaustão para o dispositivo de recirculação de gás de exaustão 3.
[0032] Para dinâmica de fluxo aperfeiçoada no tubo dianteiro 4 (ver figura 3), os segmentos de parede opostos às aberturas de fluxo de entrada 6 do tubo dianteiro 4 são formados de maneira ondulada com picos 4a e vales 4b através de uma região circunferencial definida (ou, por exemplo, 45 ), onde observado na direção de fluxo do gás de exaustão, os picos das ondulações 4a se encontram, cada um, na frente das aberturas de fluxo de entrada 6 e partes vazadas ligeiramente atrás dos mesmos.
[0033] Adicionalmente, os segmentos de canal formando as aberturas de fluxo de entrada 6 nas peças de conexão 5 são formados de maneira inclinada ou curva na direção de fluxo de gás de exaustão, em ordem em combinação com as regiões onduladas 4a, 4b para fornecer ao gás de exaustão de fluxo de entrada um desvio de fluxo aperfeiçoado na direção do tubo dianteiro linear 4.
[0034] A invenção não está restrita à modalidade ilustrada. Em particular, a tubulação de exaustão 1 pode ser projetada também por outros números de cilindros do motor de combustão interna com aberturas de fluxo de entrada dispostos de forma correspondente 6.
[0035] O elemento-guia de fluxo 10, ou os vários elementos-guia de fluxo aplicáveis, por exemplo, no caso de quatro aberturas de fluxo de entrada 6, podem ser fornecidos na tubulação de exaustão simetricamente entre duas aberturas de fluxo de entrada 6, onde o elemento- guia 10 teria que ser modificado de acordo.
[0036] A tubulação de exaustão 1 é preferivelmente produzida como uma fundição; onde aplicável também uma construção montada pode ser utilizada com um elemento-guia de fluxo inserido de forma correspondente 10. Lista de Referências Numéricas 1 tubulação de exaustão 1a segmento de tubulação 1b segmento de tubulação 2 turbo carregador de exaustão 3 conector de tubo 4 tubo dianteiro 4a picos de ondulação 4b partes vazadas 5 peça de conexão 6 aberturas de fluxo de entrada 7 abertura de saída EGR 8 abertura de saída ETC 9 flange de conexão 10 elemento-guia de fluxo 10a a 10c paredes-guia

Claims (10)

1. Tubulação de exaustão (1) para um motor de combustão interna, em particular em veículos a motor, com turbo carregamento de exaustão e um dispositivo de recirculação de gás de exaustão para recircular o gás de exaustão da tubulação de exaustão (1) para a entrada de motor, onde a tubulação de exaustão (1) compreende um tubo dianteiro (4) com várias aberturas de fluxo de entrada (6) conectadas às câmaras de combustão do motor de combustão interna preferivelmente através de peças de conexão, e aberturas de saída (7, 8) ramificando a partir do tubo dianteiro (4) através de ramificações de conexão para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão, em que pelo menos um elemento-guia de fluxo (10) é disposto no tubo dianteiro (4) perto das aberturas de saída (7, 8) que divide o fluxo de gás de exaustão em aberturas de saída (7, 8), caracterizada pelo fato de que o elemento-guia de fluxo (10) é projetado aproximadamente em forma de Y transversalmente com uma pa- rede-guia (10a) orientada na direção do fluxo do gás de exaustão do tubo dianteiro (4) e duas paredes-guia (10b, 10c) se sobressaindo na direção das aberturas de saída (7, 8).
2. Tubulação de exaustão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as aberturas de saída (7, 8) para a recirculação de gás de exaustão e o turbo carregador de exaustão são posicionadas entre duas aberturas de fluxo de entrada (6) do tubo dianteiro (4) e o elemento-guia de fluxo (10) disposto entre essas aberturas de fluxo de entrada adjacentes (6) desvia o fluxo de gás de exaustão oposto para aberturas de saída (7, 8).
3. Tubulação de exaustão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que as aberturas de saída (7, 8) para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão ramificam do tubo dianteiro (4) de forma substancialmente diame- tralmente oposta, e o elemento-guia de fluxo (10) com as paredes-guia (10a, 10b, 10c) desviam o fluxo de gás de exaustão para as aberturas de saída (7, 8).
4. Tubulação de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o ele- mento-guia de fluxo (10) é moldado e/ou fundido em segmentos de parede diametralmente opostos do tubo dianteiro (4) entre aberturas de fluxo de entrada adjacentes (6).
5. Tubulação de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as pa- redes-guia (10a, 10b, 10c) do elemento-guia de fluxo (10) se misturam uma na outra com os segmentos curvos de desvio de fluxo.
6. Tubulação de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que em um fluxo de entrada quase horizontal do gás de exaustão através das aberturas de fluxo de entrada (6), a abertura de saída (7) para a recir- culação de gás de exaustão é orientada transversalmente a ele para cima e a abertura de saída (8) para o turbo carregador de exaustão (2) é orientada transversalmente a ele para baixo.
7. Tubulação de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o tubo dianteiro (4) é adaptado para correção de pelo menos dois cilindros do motor de combustão interna, em particular para seis cilindros, e de que as aberturas de saída (7, 8) para a recirculação de gás de exaustão e para o turbo carregador de exaustão são dispostas entre as últimas duas aberturas de fluxo de entrada (6) na direção de fluxo do gás de exaustão.
8. Tubulação de exaustão, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os segmentos de parede opostos às aberturas de fluxo de entrada (6) no tubo dianteiro (4) são formados de maneira ondulada de modo que quando visualizados na direção de fluxo do gás de exaustão, os picos da ondulação (4a) respectivos são posicionados na frente das aberturas de fluxo de entrada respectivas (6).
9. Tubulação de exaustão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as peças de conexão (5) ou guias de tubo cercando as aberturas de fluxo de entrada (6) e fundidas no tubo dianteiro (4) são formadas inclinadas ou curvas na direção de fluxo do gás de exaustão no tubo dianteiro (4).
10. Veículo, em particular um caminhão, caracterizado pelo fato de que compreende uma tubulação de exaustão como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores.
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