BR112017001767B1

BR112017001767B1 - Motor de combustão interna de múltiplos cilindros e veículo

Info

Publication number: BR112017001767B1
Application number: BR112017001767-9A
Authority: BR
Inventors: Dennis Konstanzer; Kim PETERSSON
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2022-11-01
Also published as: EP3189220A4; SE1451026A1; EP3189220B1; EP3189220A1; BR112017001767A2; WO2016036297A1; US10626780B2; US20170218829A1; SE540745C2; KR101994988B1; KR20170044715A

Abstract

COLETOR DE EXAUSTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DE MÚLTIPLOS CILINDROS. A presente invenção se refere a um coletor para receber gases de exaustão de um motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1). O motor de combustão interna (1) possui uma tal ordem de disparo que o duto (4a, 4b) no coletor (4a, 4b) recebe gases de exaustão a partir de dois cilindros (C2, C4, C7, C8) durante um estágio de sobreposição, simultaneamente através de uma abertura de entrada (3a2, 3b3) disposta à montante e a partir de uma abertura de entrada (3a4, 3b4) disposta à jusante no duto (4a, 4b). O duto (4a, 4b) compreende uma área transversal substancialmente constante, exceto em uma área (A, B), que é localizada em uma posição em conexão com a abertura de entrada disposta à jusante (3a4, 3b4) das duas aberturas de entrada (3a2, 3a4, 3b3, 3b4), recebendo gases de exaustão simultaneamente. A área (A, B) possui uma geometria de forma a facilitar o recebimento e o fluxo de gases de exaustão na direção pré-determinada no duto (4a, 4b), em ocasiões em que as duas aberturas de entrada (3a2, 3a4, 3b3, 3b4) recebem gases de exaustão simultaneamente.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO E ESTADO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção refere-se a um coletor para receber gases de exaustão de um motor de combustão interna de múltiplos cilindros de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[0002] Os gases de exaustão de motores de combustão interna de múltiplos cilindros são, normalmente, recebidos em um coletor. Um coletor compreende várias linhas de ramificação que recebem gases de exaustão dos cilindros do motor de combustão interna e um duto (“riser”) que recebe os gases de exaustão das respectivas linhas de ramificação. Cada cilindro compreende, geralmente, duas válvulas de escape. Quando as válvulas de escape abrem, os gases de exaustão fluem para fora em direção à linha de ramificação conectada com uma pressão elevada, que está substancialmente relacionada com a pressão dos gases de exaustão no cilindro logo após o ciclo de combustão ter sido concluído. A pressão dos gases de exaustão na linha de ramificação durante o tempo restante, durante o qual a válvula de escape está aberta, é inferior e está substancialmente relacionada com o trabalho do pistão no cilindro quando esta pressiona os gases de exaustão para fora em direção à linha de ramificação. As válvulas de escape nos cilindros estão normalmente abertas durante todo o curso de escape, isto é, durante uma parte relativamente grande do ciclo de trabalho de um motor de quatro tempos. Quanto mais cilindros em um motor de combustão interna estão ligados a um coletor, mais difícil é impedir que os tempos de abertura das válvulas de escape de múltiplos cilindros se sobreponham em algum momento durante o ciclo de trabalho. Em um coletor que recebe gases de exaustão a partir de quatro cilindros, é substancialmente impossível criar uma ordem de ignição, de modo que os tempos de abertura da entrada das válvulas de escape não se sobreponham uns aos outros em algum ponto. Nessas ocasiões, os gases de exaustão são assim conduzidos para fora do duto a partir de diversos cilindros de forma simultânea.

[0003] Não é simples conduzir os gases de exaustão para fora a partir de diversos cilindros, simultaneamente, em um duto. Quando um cilindro abre ao mesmo tempo que os gases de exaustão são conduzidos para fora de outro cilindro com uma pressão mais baixa, existe um risco óbvio de que os gases de exaustão com a pressão mais alta penetrem abaixo na linha de ramificação a qual está ejetando gases de exaustão com pressão mais baixa. Assim, a pressão nesta linha de ramificação aumenta e o pistão neste cilindro deve trabalhar mais para ejetar os gases de exaustão. O aumento do trabalho de ejeção resulta em aumento do consumo de combustível do motor de combustão interna.

[0004] O documento US 5860 278 mostra um duto para a recebimento de gases de exaustão através de um motor de combustão interna através de um número de linhas de ramificação. O duto compreende restrições em ligação com todas as saídas das linhas de ramificação. Deste modo, os gases de exaustão no duto obtêm uma velocidade aumentada e uma pressão estática reduzida em ligação com as saídas no duto. Consequentemente, os gases de exaustão com uma pressão mais baixa podem ser ejetados para o duto. No entanto, a adaptação do duto com restrições em todas as saídas tem a desvantagem de perdas de fluxos de exaustão relativamente grandes no duto.

SUMARIO DA INVENÇÃO

[0005] O objetivo da presente invenção é proporcionar um coletor com um duto que facilite a recepção de gases de exaustão a partir de dois cilindros, simultaneamente, sem aumentar significativamente o trabalho do motor de combustão interna para ejetar os gases de exaustão através do coletor.

[0006] Este objetivo é atingido com o coletor do tipo especificado no início, o qual é caracterizado pelas características especificadas na porção caracterizadora da reivindicação 1. Uma vez que a ordem de ignição para os cilindros do motor de combustão interna é conhecida, os cilindros que expulsam os gases de exaustão simultaneamente para dentro do coletor são também conhecidos. Os gases de exaustão dos cilindros são conduzidos, através de linhas de ramificação, para dentro das aberturas de entrada do duto, que estão dispostas em posições diferentes dispostas à jusante em relação uma à outra. De acordo com a invenção, os cilindros com tempos de exaustão que se sobrepõem uns aos outros e as aberturas de entrada no duto onde são recebidos simultaneamente gases de exaustão são previamente determinados. Com base no conhecimento destes fatos, o duto está equipado com uma área que tem uma geometria que facilita a recepção e o fluxo de gases de exaustão na direção pré-determinada no duto, em ocasiões em que as duas aberturas de entrada recebem gases de exaustão simultaneamente. Esta área está disposta em uma posição em conexão com a abertura de entrada das duas aberturas de entrada de recepção de escape simultaneamente do duto, que está disposta a jusante. Em uma área com uma tal geometria, são criadas perdas de fluxo inevitavelmente maiores do que em outras partes do duto, que têm uma área de seção transversal constante e vantajosamente uma extensão substancialmente reta. Uma vez que o duto compreende apenas uma área com uma geometria tão diferente, a resistência ao fluxo para os gases de exaustão no coletor torna-se significativamente menor do que se o duto fosse equipado com várias dessas áreas com geometrias diferentes e em ligação com todas as aberturas de entrada no duto.

[0007] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a área é disposta em uma posição imediatamente a montante da abertura de entrada disposta a jusante. Deste modo, os gases de exaustão da abertura de entrada dispostos a montante podem ser acelerados até uma velocidade adequada antes de entrarem em contato com os gases de exaustão conduzidos para o duto através da abertura de entrada disposta a jusante.

[0008] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a passagem de escoamento na área tem uma área de seção transversal sucessivamente reduzida em uma extremidade de saída em relação a uma extremidade de entrada da área. A área de seção transversal pode apresentar uma redução que varia de 10 a 40%. Através de tal redução da área de seção transversal, a velocidade dos gases de exaustão a partir da abertura de entrada disposta a montante pode ser substancialmente aumentada, antes de entrarem em contato com os gases de exaustão que são conduzidos para dentro do duto através da abertura de entrada disposta a jusante, sem a resistência de fluxo dos gases de exaustão tornando-se demasiado grande quando eles passam através da área.

[0009] De acordo com outra modalidade preferida da presente invenção, o duto compreende uma construção de parede que compreende uma superfície de parede interna que define a passagem de fluxo através da referida área. Neste caso, a construção da parede do duto pode ter uma forma, de tal modo que a superfície da parede interna defina a geometria da passagem de fluxo na área. Alternativamente, o duto pode ser equipado com elementos de fluxo interno separado, fixados no interior do duto, que são moldados de tal maneira que criam a geometria da passagem de fluxo na referida área.

[0010] De acordo com outra modalidade preferida da presente invenção, a construção de parede do duto tem um lado de parede interna, que fica voltado para o motor de combustão interna compreendendo as referidas aberturas de entrada e uma lateral de parede exterior, que está virada para fora do motor de combustão interna. Neste caso, as aberturas de entrada podem estar dispostas numa fileira no lado da parede interna.

[0011] De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, o motor de combustão interna tem uma ordem de ignição tal que o duto já recebe um fluxo de exaustão existente, através da abertura de entrada disposta a jusante, em um momento em que um fluxo de exaustão inicial é recebido no duto através da abertura de entrada disposta a montante. Quando uma válvula de escape em um cilindro se abre, é obtido um fluxo de exaustão inicial com uma pressão elevada, após o que a pressão cai durante uma parte restante do curso de escape. Neste caso, os gases de exaustão com a pressão mais elevada são conduzidos para dentro do duto através da abertura de entrada disposta a montante no duto. O lado da parede interna do duto pode ter um ângulo na área em relação à direção de escoamento primária dos escapamentos em outras partes do duto, cujo ângulo define a geometria da passagem de fluxo na área. Quando o fluxo de escape atinge esta área, este obtém uma velocidade aumentada e uma pressão estática reduzida. A pressão estática reduzida significa que os gases de exaustão com a pressão mais baixa podem ser conduzidos para o duto através da abertura de entrada disposta a jusante. O referido ângulo na área também resulta nos gases de exaustão com a maior pressão fluindo a uma distância da abertura de entrada disposta a jusante. Assim, o espaço, onde pode fluir para dentro do duto, é criado para os gases de exaustão com a pressão mais baixa.

[0012] De acordo com outra modalidade preferida da presente invenção, a linha de ramificação que conduz os gases de exaustão para o duto, através da abertura de entrada disposta a jusante, compreende uma superfície de parede interna com uma porção afunilada, a qual proporciona à abertura de entrada uma área de seção transversal sucessivamente expansível. Com a ajuda de uma tal porção afunilada, é criado um vórtice de escape na abertura de entrada disposta a jusante. Tal vórtice de escape impede eficientemente que os gases de exaustão no duto sejam conduzidos para baixo em direção à linha de ramificação através da abertura de entrada.

[0013] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o motor de combustão interna tem uma tal ordem de ignição que o duto já recebe um fluxo de exaustão existente, através da abertura de entrada disposta a montante, num momento em que um fluxo de escape inicial é recebido no duto através da abertura de entrada disposta a jusante. Neste caso, os gases de exaustão com a pressão mais baixa são conduzidos para dentro do duto através da abertura de entrada disposta a montante no duto. A segunda lateral da parede do duto pode ter uma porção em forma de cunha na referida área, compreendendo uma primeira superfície da parede com um gradiente, de tal forma que reduz a área de seção transversal da passagem de fluxo no duto e uma subsequente superfície da segunda parede com um gradiente, de tal modo que expande a área de seção transversal da passagem de fluxo no duto, em que a porção em formato de cunha está disposta numa posição tal que o fluxo de exaustão, que foi conduzido para dentro do duto através do orifício de entrada disposto a jusante, atinja a superfície da segunda parede. A primeira superfície de parede da porção em formato de cunha direciona o fluxo de escape com a pressão mais baixa em direção aos gases de exaustão com pressão mais alta, que fluem para fora a partir da abertura de entrada disposta a jusante. A segunda superfície de parede pode ter uma extensão substancialmente paralela com o fluxo de exaustão, que flui para fora da abertura de entrada disposta a jusante. A porção em formato de cunha evita substancialmente que qualquer parte dos gases de exaustão com maior pressão seja conduzida para uma direção incorreta de contra-fluxo no duto.

[0014] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a porção em formato de cunha tem uma altura, que está na faixa de 3 a 10% do diâmetro da passagem de fluxo no duto. A porção em formato de cunha pode ter uma altura de aproximadamente 5% do diâmetro da passagem de fluxo. Assim, a porção em forma de cunha sobressai uma distância relativamente pequena no segundo duto. Consequentemente, as perdas de fluxo na área são relativamente menores. A primeira superfície de parede tem, vantajosamente, um ângulo menor em relação à direção de fluxo primário duto do que a segunda superfície de parede. A primeira superfície de parede pode ter um ângulo de aproximadamente 5°, e a segunda superfície de parede pode ter um ângulo de aproximadamente 1° em relação à direção de fluxo na coluna ascendente 4b. Assim, é suficiente que os gases de exaustão com a pressão mais elevada atinjam uma segunda superfície de parede com um ângulo suficientemente pequeno em relação à direção de fluxo pretendida no duto, para evitar que os gases de exaustão com a pressão mais elevada sejam conduzidos para uma posição incorreta no duto.

[0015] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o coletor é feito de um material fundido. As áreas localizadas nos dutos têm geometrias, que podem ser criadas com relativa facilidade em um processo de fundição.

[0016] A invenção também se refere a um motor de combustão interna que compreende um coletor de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13. O motor de combustão interna compreende pelo menos três cilindros. Um motor de combustão interna com seis ou mais cilindros pode compreender um primeiro coletor em um primeiro lado para receber os gases de exaustão de três ou mais cilindros e, um segundo coletor, que está disposto num lado oposto de modo a receber os gases de exaustão de um número restante de cilindros. Tal motor de combustão interna pode ser um motor V8.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0017] Abaixo está uma descrição, como exemplo, de modalidades preferidas da invenção com referência aos desenhos anexos.

[0018] A fig. 1 mostra um primeiro coletor e um segundo coletor, cada um dos quais recebe gases de exaustão de quatro cilindros em um motor de combustão interna.

[0019] A fig. 2 ilustra uma vista de seção transversal do primeiro coletor em uma área A-A na fig. 1.

[0020] A fig. 3 mostra uma vista de seção transversal do segundo coletor numa área B-B na fig. 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS DA PRESENTE INVENÇÃO

[0021] A fig. 1 mostra um motor de combustão interna 1 com oito cilindros C1-8. O motor de combustão interna 1 neste caso é um motor V8. Cada um dos cilindros C1-8 está ligado a uma linha de ramificação 2a1-4, 2b1-4 que ejeta gases de exaustão dos respectivos cilindros C1-8. Os gases de exaustão dos cilindros C1-4 em um dos lados do motor de combustão interna 1 são conduzidos, através de linhas de derivação 2a1-4 e aberturas de entrada 3a1-4, para um primeiro duto 4a. Os gases de exaustão dos cilindros C5-8 do outro lado do motor de combustão interna 1 são conduzidos, através de linhas de derivação 2b1-4 e aberturas de entrada 3b1-4, para um segundo duto 4b. As linhas de ramificação 2a1-4 e o duto 4a definem um primeiro coletor 5a. O primeiro coletor 5a transita para um primeiro conduto de escape 6a, que conduz os gases de exaustão para um carregador de turbo não exibido. Os coletores 2b1-4 e o duto 4b definem um segundo coletor 5b. O segundo coletor 5b transita para um segundo conduto de escape 6b, que conduz os gases de exaustão para um carregador de turbo não exibido.

[0022] O fluxo de exaustão de cada um dos cilindros C1-8 é controlado por pelo menos uma válvula de escape, a qual está disposta de tal modo que pode ser deslocada entre um estado fechado e um estado aberto. Normalmente, cada um dos cilindros C1-8 está equipado com duas válvulas de escape para facilitar a ejecção dos gases de exaustão. Quando as válvulas de escape são abertas, inicialmente um fluxo de exaustão com uma pressão elevada é ejetado dos cilindros C1-8, através das respectivas derivações 2a1-4, 2b1-4 e a abertura de entrada 3a1-4, 3b1-4 para os dutos 4a, 4b. Durante o restante do tempo, quando os cilindros C1-8 estão abertos, os gases de exaustão são ejetados com uma pressão mais baixa para os dutos 4a, 4b. Esta pressão inferior é substancialmente definida pelos movimentos do pistão nos cilindros C1-8, quando pressiona os gases de exaustão para fora nas respectivas linhas de ramificação 2a1-4, 2b1-4. Uma vez que cada um dos dutos 4a, 4b do coletor recebe saídas de quatro cilindros, é substancialmente impossível evitar que os tempos de abertura das válvulas de escape de pelo menos dois cilindros não se sobreponham. Os dutos 4a, 4b receberão assim gases de exaustão de mais de um cilindro C1-8 durante uma certa parte do ciclo de trabalho do motor de combustão interna.

[0023] A ordem de ignição para os cilindros C1-8 do motor de combustão interna é, neste caso, C1, C5, C4, C2, C6, C3, C7, C8. Com tal ordem de ignição, as válvulas de escape dos cilindros C2 e C4 serão abertas simultaneamente. A válvula de escape do cilindro C2 abre quando a válvula de escape do cilindro C4 está já aberta. Quando isto acontece, os gases de exaustão com uma pressão elevada são ejetados da linha de ramificação 2a2, enquanto que os gases de exaustão com uma pressão mais baixa são ejetados da linha de ramificação 2a4. Em um coletor convencional, neste caso, uma parte dos gases de exaustão que fluem através do primeiro duto 4a com uma alta pressão será conduzida para a linha de ramificação 2a4. Consequentemente, a pressão aumenta na linha de ramificação 2a4, onde os gases de exaustão são ejetados com uma pressão mais baixa. Consequentemente, o pistão no cilindro C4 deve trabalhar mais para bombear os gases de exaustão. Com a ordem de ignição acima mencionada, os tempos de abertura das válvulas de escape dos cilindros C7, C8 também se sobrepõem. Neste caso, a válvula de escape do cilindro C8 abre, quando a válvula de escape do cilindro C7 já está aberta. Quando isto acontece, os gases de exaustão com uma alta pressão são ejetados da linha de ramificação 2b4, enquanto que os gases de exaustão com uma pressão mais baixa são ejetados da linha de ramificação 2b3. Em um coletor convencional uma parte dos gases de exaustão que flui através do coletor 2b3, com uma alta pressão será conduzida na direção errada no segundo duto 4b. Assim, a pressão na linha de ramificação 2b3 aumenta quando os gases de exaustão são ejetados com uma pressão mais baixa. Consequentemente, o pistão no cilindro C7 deve trabalhar mais para bombear os gases de exaustão.

[0024] A Fig. 2 ilustra uma vista em corte de seção transversal através da área de ligação, onde a linha de ramificação 2a4 ejeta exaustões para o primeiro duto 4a. O primeiro duto 4a tem uma lateral de parede interior 4a1 localizado no mesmo lado que as linhas de derivação 2a1-4 e as aberturas de entrada 3a1-4. O primeiro duto 4a tem uma lateral de parede externa 4a2 localizado em um lado oposto das linhas de derivação 2a1-4 e as aberturas de entrada 3a1-4. O primeiro duto 4a tem uma área A, com uma extensão de uma entrada A1 para uma saída A2. A saída A2 está localizada em ligação com a abertura de entrada 3a4, onde o duto 4a recebe saídas a partir da linha de ramificação 2a4. O primeiro duto 4a compreende uma passagem de fluxo com uma área de seção transversal substancialmente a montante e a jusante da área A, em relação à direção de escoamento pretendida dos gases de exaustão no duto 4a. Na área A, a lateral da parede interior 4a1 do primeiro duto 4a tem um ângulo em relação à direção de escoamento primário do fluxo de escape no primeiro duto 4a. A montante e a jusante da primeira área A, a lateral da parede interior 4a1 do primeiro duto 4a tem uma extensão linear, que é substancialmente paralela à direção de escoamento primário do fluxo de escape no primeiro duto 4a. A lateral de parede 4a2 do segundo duto 4a externo possui uma extensão substancialmente linear em todo o duto 4a. A lateral da parede interior 4a2 do primeiro duto 4a tem um gradiente, de tal modo que a distância entre a lateral da parede interior 4a1 e a lateral da parede exterior 4a2 desce continuamente da entrada A1 para a saída A2 na primeira área A. Neste caso a distância diminui linearmente. Assim, é criada uma área de seção transversal estreitada sucessivamente para o fluxo de gases de exaustão na primeira área A. A linha de ramificação 2a4, que conduz os gases de exaustão para o duto 4a através da abertura de entrada 3a4, compreende uma superfície de parede com uma porção afunilada 2a41, proporcionando a abertura de entrada 3a4 com uma área de seção transversal crescente. Com uma tal porção afunilada, a abertura de entrada 3a4 obtém uma forma semelhante a um funil. Em uma abertura de entrada 3a4 com uma tal forma, é formado um vórtice de escape. Pode notar-se que a curvatura para dentro na área A foi exagerada nas figuras, de modo a exemplificar mais claramente a invenção.

[0025] Em ocasiões em que as válvulas de escape no cilindro C4 são abertas e quando as válvulas de escape no cilindro C2 se abrem, é proporcionado um fluxo de escape inicial poderoso a partir do cilindro C2, através da segunda linha de ramificação 2a2 e da abertura de entrada 3a2, para o duto 4a. Quando este fluxo de escape atinge a área A, o fluxo de escape proporciona uma aceleração através da área de seção transversal reduzida. O primeiro duto 4a pode ter uma área de seção transversal reduzida na faixa de 10 a 40%, por exemplo 30%, na saída A2 em relação à entrada A1 da área A. Por consequência, os escapamentos que saem da primeira área A obtêm uma pressão estática reduzida em ligação com a abertura de entrada 3a4. Consequentemente, a propensão do fluxo de escape que sai da área A para penetrar na linha de ramificação 2a4 é neutralizada. O lado da parede interior 4a1 tem assim um ângulo em relação à direção do fluxo primário do fluxo de escape na primeira área A. O lado da parede interior 4a1 tem um ângulo, de tal modo que o fluxo de escape obtém uma mudança direcional relativamente suave em ligação com a primeira lateral da parede 4a1 na área A. O lado da parede interior 4a reduz o fluxo de escape na área A no lado em que o primeiro duto 4a recebe gases de exaustão através da abertura de entrada 3a4. A mudança direcional, que o fluxo de escape obtém na primeira área A, em ligação com o lado da parede interior 4a, significa que o fluxo de escape é conduzido em uma direção parcialmente afastada da abertura de entrada 3a4. Isso faz com que seja ainda mais difícil para os gases de exaustão deixarem a área A para penetrar na linha de ramificação 2a4. Ao mesmo tempo, uma área é criada no duto 4a na qual os gases de exaustão com a pressão mais baixa, deixando a linha de ramificação 2a4, possam ser conduzidos. O vórtice de exaustão formado na área em formato afunilado da linha de ramificação 2a4, em ligação com a abertura de entrada 3a4 também torne dificultoso para os gases de exaustão deixarem a área A para penetrar na linha ramificação 2a4.

[0026] A figura 3 mostra uma vista em corte de seção transversal através da área de ligação, onde o segundo duto 4b recebe os gases de exaustão da linha de ramificação 2b4 através da abertura de entrada 3b4. O segundo duto 4b possui uma lateral da parede interna 4b1, localizada no mesmo lado que a linha de ramificação 2b4, e a abertura de entrada 3b4. O segundo duto 4b possui uma lateral de parede externa 4b2 localizada em uma lateral oposta da linha de ramificação 2b4, e a abertura de entrada 3b4. O segundo duto possui uma área B, que se estende a partir da entrada B1 até uma saída B2. O primeiro duto 4b compreende uma passagem de fluxo com uma área de seção transversal substancialmente constante a montante e a jusante da área B, com relação à direção de fluxo desejado pelos gases de exaustão no duto 4b. A segunda lateral de parede 4b2 do segundo duto 4b possui uma porção em formato de cunha na segunda área B, compreendendo uma primeira superfície de parede 4b21 com um gradiente, tal que a área de seção transversal seja reduzida do fluxo de passagem no duto 4b, e uma subsequente segunda superfície de parede 4b22 com um gradiente, tal que a área de seção transversal do fluxo de passagem se expanda no duto 4b. Pode ser notado que a curvatura interna na área B foi exagerada nas figuras, com intuito de aumentar a clareza no entendimento da invenção.

[0027] A primeira superfície de parede 4b21 e a segunda superfície de parede 4b22 têm um ponto de ruptura 4b23. A porção em forma de cunha está disposta em uma posição tal que o fluxo de escape conduzido para o duto 4b, através da abertura de entrada 3b4 disposta a jusante, atinge apenas a segunda superfície de parede 4b22. Todo o fluxo de gases de exaustão a partir da linha de ramificação 2b4, atinge assim à direita do ponto de ruptura 4b23. O fluxo de escape da linha de ramificação 2b. Deve, no entanto, atingir tão perto do ponto de ruptura 4b23 quanto possível.

[0028] A porção em formato de cunha tem uma altura na faixa de 3 a 10% do diâmetro da passagem de fluxo no duto 4b. A porção em forma de cunha pode ter uma altura de aproximadamente 5% do diâmetro da passagem de fluxo. Deste modo, a porção em formato de cunha sobressai uma distância relativamente pequena no segundo duto 4b. As perdas de fluxo na área são, consequentemente, menores. A primeira superfície de parede 4b21 tem um ângulo de aproximadamente 1° em relação à direção de escoamento primário no duto, e a segunda superfície de parede 4b22 tem um ângulo de aproximadamente 5° em relação ao sentido de escoamento primário no duto 4b. É assim suficiente que a segunda superfície da parede tenha um ângulo suficientemente pequeno para dirigir os gases de exaustão que estão deixando a linha de ramificação 2b4 e atingindo a superfície em uma direção desejada na coluna ascendente 4b. O lado 4b2 da parede exterior do segundo duto tem, a montante e a jusante da área B, um prolongamento linear que é paralelo com a direção de escoamento primário do fluxo de escape no segundo duto 4b. O lado da parede interior 4b do segundo duto tem uma extensão substancialmente linear.

[0029] Em ocasiões em que as válvulas de escape do cilindro C7 estão abertas e quando as válvulas de escape do cilindro são abertas, é proporcionado um fluxo de escape inicial poderoso a partir do cilindro C8, através da linha de ramificação 2b4 e da abertura de entrada 3b1, para o segundo duto 4b.

[0030] Ao mesmo tempo, são conduzidos gases de exaustão com uma pressão mais baixa do cilindro C7, através da linha de ramificação 2b e da abertura de entrada 3b3, para o segundo duto 4b. A primeira superfície de parede 4b21 da porção em formato de cunha direciona o fluxo de escape com a pressão mais baixa em direção aos escapamentos com a pressão mais elevada, que fluem para fora da abertura de entrada 3b4 disposta a jusante. A segunda superfície de parede 4b22 da porção em forma de cunha tem um gradiente, de modo a conduzir os gases de exaustão com a pressão mais elevada na direção de escoamento pretendida no duto 4b. A porção em formato de cunha impede substancialmente qualquer parte dos gases de exaustão com maior pressão de ser conduzida para uma direção de contra-fluxo incorreta no duto 4b. As áreas A, B que estão localizadas nos dutos 4a, 4b possuem geometrias que podem ser criadas em um processo de vazamento de forma relativamente fácil. Os coletores 5a, 5b são assim vantajosamente feitos num processo de fundição.

[0031] O motor de combustão interna 1 tem, assim, dois coletores 5a, 5b que recebem gases de exaustão de dois lados diferentes do motor de combustão interna 1. Com conhecimento da ordem de queima do motor de combustão interna ambos os coletores 5a, 5b foram equipados com áreas A, B em ligação com a abertura de entrada 2a4, 2b4 disposta a jusante, para fornecimento de escapamentos a partir de dois cilindros C2, C4, C7, C8 tendo tempos de abertura sobrepostos das válvulas de escape. As áreas A, B têm seções com geometrias diferentes, de modo a receber e conduzir os gases de exaustão em uma direção pré-determinada nos respectivos dutos 4a, 4b nos diferentes lados do motor de combustão interna 1, dependendo se a abertura de entrada disposta a jusante 2a4, 2b4 fornecendo gases de exaustão com a pressão mais alta ou a pressão mais baixa.

[0032] A invenção não está de modo algum limitada à modalidade descrita acima, mas pode variar livremente no âmbito das reivindicações. O coletor pode receber gases de exaustão a partir de um número variável de cilindros em um motor de combustão interna.

Claims

1. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1) compreendendo pelo menos um coletor (5a, 5b) para receber gases de exaustão do motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), em que o coletor (5a, 5b) compreende pelo menos três linhas de ramificação (2a1-4; 2b1-4), cada uma das quais é adaptada para receber gases de exaustão a partir de um dos cilindros (C1-8) do motor de combustão interna (1), e um duto (4a, 4b) adaptado para conduzir os gases de exaustão em uma direção pré-determinada, e as aberturas de entrada (3a1-4; 3b1-4) em várias posições localizadas à jusante no duto (4a, 4b) de forma a receber os gases de exaustão a partir das respectivas linhas de ramificação (2a1-4; 2b1-4), em que o motor de combustão interna (1) possui tal ordem de ignição que o duto (4a, 4b) recebe gases de exaustão a partir de dois cilindros (C2, C4; C7, C8) durante um estágio de sobreposição, simultaneamente através de uma abertura de entrada disposta à montante (3a2, 3b3) e a partir de uma abertura de entrada disposta à jusante (3a4, 3b4) no duto (4a, 4b), e em que o motor de combustão interna (1) possui uma tal ordem de ignição que o duto (4a) já recebe um fluxo de gases de exaustão existente, através da abertura de entrada (3a4) disposta à jusante, em um momento onde um fluxo de exaustão inicial é recebido no duto (4a) através da abertura de entrada (3a2) disposta à montante caracterizado pelo fato de que o duto (4a) compreende uma passagem de fluxo com uma área de seção transversal substancialmente constante, exceto em uma área (A) localizada em uma posição em conexão com a abertura de entrada disposta à jusante (3a4) das duas aberturas de entrada (3a2, 3a4), as quais recebem gases de exaustão de forma simultânea, em que a dita área (A) é localizada em uma posição imediatamente à montante da abertura de entrada disposta à jusante (3a4), em que a dita área (A) possui uma área de seção transversal sucessivamente reduzida, a partir de uma entrada (A1) até uma saída (A2) para facilitar o recebimento e o fluxo de gases de exaustão na direção pré-determinada no duto (4a) em ocasiões que as duas aberturas de entrada (3a2, 3a4) recebam gases de exaustão simultaneamente, em que o duto (4a) compreende uma primeira lateral de parede (4a1), que compreende as ditas aberturas de entrada (3a1-4), e uma segunda lateral de parede oposta (4a2), disposta em uma lateral oposta das ditas aberturas de entrada (3a1-4), em que a primeira lateral de parede (4a1) possui um gradiente, de modo que uma distância entre a primeira lateral de parede (4a1) e a segunda lateral de parede (4a2) diminui de forma contínua e linear da entrada (A1) para a saída (A2) na área (A).

2. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o duto (4a) compreende uma superfície de parede interna, a qual define um fluxo de passagem através da dita área (A).

3. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o duto (4a) compreende uma primeira lateral de parede (4a1), compreendendo as ditas aberturas de entrada (3a1-4), e uma segunda lateral de parede oposta (4a2), a qual é disposta em uma lateral oposta das ditas aberturas de entrada (3a1-4) e em que a primeira lateral de parede (4a1) do duto possui um ângulo na dita área (A), em relação à direção de fluxo primária dos gases de exaustão em outras partes do duto (4a), o qual define a redução progressiva da área de seção transversal do fluxo de passagem na área (A).

4. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a linha ramificação (2a4), que conduz os gases de exaustão ao duto (4a) através da abertura de entrada (3a4), compreende uma superfície de parede interna com uma porção afunilada (2a41) proporcionando à abertura de entrada (3a4) uma área de seção transversal expansiva.

5. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1) compreendendo pelo menos um coletor (5a, 5b) para receber gases de exaustão do motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), em que o coletor (5a, 5b) compreende pelo menos três linhas de ramificação (2a1-4; 2b1-4), cada uma das quais é adaptada para receber gases de exaustão a partir de um dos cilindros (C1-8) do motor de combustão interna, e um duto (4a, 4b) adaptado para conduzir os gases de exaustão em uma direção pré-determinada, e as aberturas de entrada (3a1-4; 3b1-4), em várias posições localizadas à jusante no duto (4a, 4b) de forma a receber os gases de exaustão a partir das respectivas linhas de ramificação (2a1-4; 2b1-4), em que o motor de combustão interna (1) possui tal ordem de ignição que o duto (4a, 4b) recebe gases de exaustão a partir de dois cilindros (C2, C4; C7, C8) durante um estágio de sobreposição, simultaneamente através de uma abertura de entrada disposta à montante (3a2, 3b3) e a partir de uma abertura de entrada disposta à jusante (3a4, 3b4) no duto (4a, 4b), e em que o motor de combustão interna (1) possui uma tal ordem de ignição que o duto (4b) já recebe um fluxo de gases de exaustão existente, através da abertura de entrada (3b3) disposta à jusante, em um momento onde um fluxo de exaustão inicial é recebido no duto (4b) através da abertura de entrada (3b4) disposta à montante, caracterizado pelo fato de que o duto (4b) compreende uma passagem de fluxo com uma área de seção transversal substancialmente constante, exceto em uma área (B) localizada em uma posição em conexão com a abertura de entrada disposta à jusante (3b4) das duas aberturas de entrada (3b3, 3b4), as quais recebem gases de exaustão de forma simultânea, em que o duto (4b) compreende uma primeira lateral de parede (4b1), que compreende as ditas aberturas de entrada (3b1-4), e uma segunda lateral de parede oposta (4b2), disposta em uma lateral oposta das ditas aberturas de entrada (3b1-4), e em que a segunda lateral de parede (4b2) do duto possui, na dita área (B), uma porção em formato de cunha compreendendo uma primeira superfície de parede (4b21), com um gradiente tal que reduz o fluxo na área de seção transversal de passagem no duto (4b) e uma segunda seção de parede subsequente (4b22) com um tal gradiente que ele expande o fluxo na área de seção transversal de passagem no duto para facilitar o recebimento e o fluxo de gases de exaustão na direção pré- determinada no duto (4b) em ocasiões que as duas aberturas de entrada (3b3, 3b4) recebam gases de exaustão simultaneamente, e em que a porção em formato de cunha é disposta em uma posição tal que o fluxo de gases de exaustão, conduzido ao duto (4b), através da abertura de entrada disposta à jusante (3b4), atinge a segunda superfície de parede (4b22).

6. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a porção em formato de cunha possui uma altura na faixa de 3 a 10% do diâmetro da passagem de fluxo no duto (4b).

7. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a primeira superfície de parede (4b21) possui um ângulo menor em relação à direção de fluxo primária no duto (4b) do que a segunda superfície de parede (4b22).

8. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o duto (4a) compreende uma superfície de parede interna, a qual define um fluxo de passagem através da dita área (B).

9. Motor de combustão interna de múltiplos cilindros (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que o duto (4b) compreende uma primeira lateral de parede (4b1), compreendendo as ditas aberturas de entrada (3b1-4) e uma segunda lateral de parede (4b2), a qual é disposta em uma lateral oposta das ditas aberturas de entrada (3b1-4).

10. Motor de combustão interna, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender um primeiro coletor (5a), o qual está disposto em uma primeira lateral do motor de combustão interna (1) de forma a receber gases de exaustão de diversos cilindros (C1-4), e um segundo coletor (5b) disposto em uma lateral de parede oposta do motor de combustão interna (1), de forma a receber gases de exaustão do número restante de cilindros (C5-8).

11. Veículo caracterizado pelo fato de compreender um motor de combustão interna (1) conforme definido na reivindicação 10.