ES2223384T3 - Dispositivo de escape para vehiculos de motor. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo para gases de escape de vehículos de motor, comprendiendo un convertidor (34) de gases de escape y un dispositivo (1) de enfriamiento de los gases de escape, conectado de manera intercalada con el mismo, caracterizado por el hecho que el dispositivo (1) de enfriamiento tiene una carcasa (2) limitando un canal (18) para gases de escape, provisto de una apertura (6) de entrada y una apertura (9) de salida y teniendo una pared lateral (3), por ejemplo, de forma cilíndrica, cuya superficie interior esencialmente entera (22) forma una superficie de enfriamiento que puede ser expuesta a los gases de escape, y por el hecho que en el interior del canal (18) para gases de escape está dispuesta al menos un canal (11) para aire de enfriamiento atravesando la carcasa (2).
Description
Dispositivo de escape para vehículos de
motor.
El objeto de la invención es un dispositivo para
gases de escape de vehículos de motor, comprendiendo un convertidor
de gases de escape y un dispositivo de enfriamiento de los gases de
escape, conectado de manera intercalada con el mismo. En los
dispositivos para gases de escape con convertidores respectivamente
catalizadores de gases de escape la conversión de los gases nocivos
sólo es suficiente cuando la capa con eficacia catalizadora del
convertidor respectivamente del monolito contenido en el mismo ha
alcanzado cierta temperatura de régimen. Por ello, durante de la
fase de arranque en frío y también en el margen de carga baja del
motor, se aspira a un transporte lo más rápido y sin pérdidas del
calor de los gases de escape hacia el convertidor. Por este motivo,
los convertidores de gases de escape frecuentemente están
dispuestos lo más cerca posible del motor. Por otro lado,
especialmente en el margen de carga alta y debido a las
temperaturas elevadas de los gases de escape y por un aumento de
liberación de calor, la conversión catalítica puede causar daños en
el convertidor por el sobrecalentamiento. Por ello, frecuentemente
se toman medidas para el enfriamiento del mismo. En JP60032919A se
describe un convertidor de gases de escape en el cual está dispuesto
un monolito dentro de una carcasa. A través del centro del monolito
se extiende un tubo de enfriamiento que es sacado lateralmente
fuera de la carcasa del convertidor. Una de las extremidades del
tubo de enfriamiento sobresale de la carcasa y está dispuesta de
manera que el aire de marcha pueda pasar por el tubo de
enfriamiento. Este modo de enfriamiento tiene desventajas en
convertidores con monolitos de materiales cerámicos ya que los
mismos conducen mal el calor, de manera que la extracción del calor
del monolito y particularmente de las zonas radialmente exteriores
del mismo no debe ser muy eficaz. Para facilitar la extracción del
calor, el monolito debe tener contacto de calor con el tubo de
enfriamiento, es decir, debe cercar el mismo estancamente. Sin
embargo, la gran diferencia de expansión por el calor entre un tubo
que generalmente consiste de metal y el monolito cerámico causan
problemas. En GB 1365604, DE2222498, DE 4205328 y DE2215507 se
describen dispositivos para gases de escape en los cuales una parte
de un dispositivo para gases de escape, por ejemplo un tubo o
convertidor de gases de escape, dispuesta en el cárter del motor y
por lo tanto en un lugar insuficientemente accesible para el aire
de marcha, está rodeado por una funda en la cual se introduce el
aire de marcha.
El objetivo de la invención es de proponer un
dispositivo de construcción fácil para gases de escape de vehículos
de motor con el cual se garantice un enfriamiento eficaz del gas de
escape y una protección fiable ante el sobrecalentamiento de un
convertidor de gases de escape.
Este objetivo es alcanzado por un dispositivo
para gases de escape de las características de la reivindicación 1.
Según ella, el dispositivo de enfriamiento para los gases de escape
intercalado corriente arriba al convertidor de gases de escape
presenta una carcasa rodeando un canal de gases de escape y
provista de una apertura de salida para los gases de escape, con una
pared lateral preferentemente cilíndrica, cuya superficie interior
esencialmente entera forma una superficie de enfriamiento que se
puede exponer a los gases de escape. Dentro del canal de gases de
escape está dispuesto al menos un canal de aire de enfriamiento
atravesando la carcasa. Mientras que en los dispositivos conocidos
de enfriamiento sólo se procede a la enfriamiento de la superficie
exterior de un convertidor o de una sección del tubo de gases de
escape, en la solución propuesta presenta una superficie adicional
de enfriamiento, a saber la superficie exterior del canal de
enfriamiento atravesando el canal de los gases de escape. Esto
permite un enfriamiento de los gases de escape tanto del exterior
como del interior, es decir, un enfriamiento más eficaz. Una
realización especialmente ventajosa en términos de la construcción
prevé que el canal de aire de enfriamiento se extiende
esencialmente en la dirección longitudinal de la carcasa del
dispositivo de enfriamiento respectivamente en la dirección del
flujo de los gases de escape. Preferentemente, la superficie de la
sección transversal del canal de aire de enfriamiento se elige de
tal manera que la superficie de la sección transversal del canal de
gases de escape quedando entre él y la pared exterior corresponda a
la superficie de la sección transversal del tubo de gases de escape
intercalado corriente arriba. Esto impide que se acumule una
presión no deseada en la zona del dispositivo de enfriamiento. La
eficacia del dispositivo de enfriamiento se aumenta aún por el
hecho que existe una distancia por todas partes entre la pared
limitando el canal de aire de enfriamiento y la pared exterior. El
canal de aire de enfriamiento puede ser alimentado por ejemplo por
el rodete del ventilador del dispositivo de enfriamiento del motor.
Sin embargo, preferentemente se prevé un enfriamiento con aire de
marcha, es decir, la apertura de entrada del canal de enfriamiento
está dispuesta de manera que esté expuesta al aire de marcha
durante el trayecto. Preferentemente, la apertura de entrada de aire
está dispuesta en el lado frontal delantero de la carcasa del
dispositivo de enfriamiento de gases de escape, expuesto al aire de
marcha, lo que también tiene ventajas en términos de su producción.
Correspondientemente, la apertura de salida de aire del canal de
aire de enfriamiento está dispuesta en el lado frontal posterior de
la carcasa mencionada.
En otro ejemplo de su realización, para la
intensificación del enfriamiento de los gases de escape, están
provistos varios, por ejemplo dos, canales de aire de enfriamiento
que atraviesan la carcasa del dispositivo de enfriamiento de gases
de escape. Las aperturas de entrada y de salida de aire de los
canales de aire de enfriamiento flanquean en ello respectivamente
la apertura de entrada dispuesta de modo central en un lado frontal
y la apertura de salida para los gases de escape. Asimismo cabe la
posibilidad que el canal de aire de enfriamiento atraviesa la
carcasa del dispositivo de enfriamiento con solamente una apertura
de entrada y una apertura de salida y que se ramifica dentro de la
carcasa en dos o más canales parciales. Para aumentar la transmisión
de calor entre los gases de escape y el aire ambiente o de
enfriamiento, es conveniente proveer las paredes participantes con
estructuras que agranden la superficie, por ejemplo con nervios o
similares. Una optimización del intercambio de calor también puede
lograrse por el hecho que las paredes que participan al intercambio
de calor presentan superficies negras.
Para el control del enfriamiento se prevé en una
forma de realización preferente que el canal de aire de
enfriamiento se puede cerrar por ejemplo con una aleta para reducir
el efecto refrigerante del dispositivo de enfriamiento de gases de
escape y para que el convertidor de gases de escape alcance lo antes
posible su temperatura de régimen. Un control alternativo del
enfriamiento prevé que un tubo de derivación bifurca desde el lado
de entrada del dispositivo de enfriamiento de gases de escape,
desembocando en el convertidor de gases de escape intercalado
corriente abajo. Adicionalmente se prevé una válvula que, en caso
de necesidad de calor, por ejemplo cuando el vehículo se conduce en
margen de carga baja, cierra el canal de gases de escape y abre el
tubo de derivación. En el margen de carga alta, por el contrario,
cuando existe el riesgo de sobrecalentamiento, la válvula adopta
una posición de mando en la cual el tubo de derivación está cerrado
y los gases de escape son conducidos a través del canal de gases de
escape del dispositivo de enfriamiento.
La invención se ilustra en más detalles con
ejemplos de realización representados en los dibujos anexos.
Ilustran:
la figura 1 un dispositivo de enfriamiento de
gases de escape de una instalación de enfriamiento en
representación esquemática, atravesado por un solo canal de aire de
enfriamiento en dirección longitudinal,
la figura 2 una sección transversal
correspondiente a la línea II-II en la figura
1
la figura 3 una sección transversal
correspondiente a la línea III-III en la figura
1
la figura 4 una sección transversal
correspondiente a la línea IV-IV en la figura 1
la figura 5 una representación esquemática de un
dispositivo de enfriamiento de gases de escape cuya carcasa está
atravesada en dirección longitudinal por dos canales de aire de
enfriamiento
la figura 6 una sección transversal
correspondiente a la línea VI-VI en la figura 5
la figura 7 una sección transversal
correspondiente a la línea VII-VII en la figura
5
la figura 8 un extracto de un dispositivo de
gases de escape con un convertidor de gases de escape y un
dispositivo de enfriamiento de gases de escape que presenta un tubo
de derivación que bifurca hacia la entrada, lleva al convertidor y
está mandado por una válvula, para controlar el efecto de
enfriamiento del mismo.
la figura 9 la válvula de la figura 8 en otra
posición de mando.
En la figura 1 está representado esquemáticamente
un dispositivo de enfriamiento. Presenta una carcasa 2 que consiste
por ejemplo de chapa de acero, con una pared lateral cilíndrica 3.
En la pared frontal 5 de la carcasa 2 que se dirige contra la
dirección del flujo 4 existe una apertura de entrada 6 a la cual
está conectado un tubo 7 de gases de escape que conduce gases de
escape expulsados de un motor de combustión interna (no
representado) hacia el interior de la carcasa. La pared frontal
posterior 8 situada enfrente y dirigida hacia la dirección del flujo
4 presenta una apertura 9 de salida y un tubo 10 de gases de escape
10 conectado con la misma y llevando hasta un convertidor de gases
de escape (no representado en la figura 1). La carcasa 2 es
atravesada esencialmente en su dirección longitudinal
respectivamente del flujo 4 por un canal de aire de enfriamiento
11. El canal de aire de enfriamiento 11 desemboca por un lado con
una apertura de entrada de aire 12 en el lado frontal 5 y por otro
lado con una apertura de salida de aire 13 en el lado frontal
posterior 8. El canal de aire de enfriamiento 11 es limitado por
una pared 14 esencialmente tubular y presenta una sección central 16
que discurre aproximadamente paralela con respecto al eje
longitudinal central 15 de la carcasa 2. A esta sección se junta en
ambos lados respectivamente una sección inclinada 17 que lleva hasta
las aperturas 12, 13. La apertura de entrada 6 y la apertura de
salida 9 están dispuestas en transposición lateral, lo mismo es
válido para la apertura de entrada de aire 12 y la apertura de
salida de aire 13 del canal 11 de aire de enfriamiento. La ventaja
de esta realización es que el canal 11 de aire de enfriamiento y el
canal de gases de escape, que queda dentro del interior de la
carcasa y abarca el canal de aire de enfriamiento, se cruzan. Por
ello, los gases de escape están obligados a dar la vuelta por el
contorno entero del canal 11 de aire de enfriamiento lo que es
indicado por las flechas de flujo en las figuras 1 y 3. Las
dimensiones del canal 11 de aire de enfriamiento son tales que la
superficie 20 de la sección transversal que libera en el canal 18 de
gases de escape corresponde aproximadamente a la superficie de la
sección transversal de los tubos 7, 10 de gases de escape. Esto
impide que se acumule una presión en el dispositivo de enfriamiento
1. El agrandamiento de las superficies de enfriamiento participando
en el intercambio de calor, es decir, del lado exterior 21 de la
pared 14 del canal 11 de aire de enfriamiento y del lado interior
22 de la carcasa 2 es limitado, debido a las generalmente reducidas
dimensiones del espacio incorporado en el grupo del fondo de un
vehículo. Por lo tanto puede resultar conveniente, para aumentar el
efecto de enfriamiento, prever estructuras que aumenten las
superficies, tal y como motas o nervios, en las superficies
mencionadas de enfriamiento y/o teñir de negro estas
superficies.
En el dispositivo de enfriamiento 1a representado
esquemáticamente en la figura 5, la carcasa 2a está atravesada por
dos canales de aire de enfriamiento 23 y 24 formados por tubos 25.
La carcasa 2a presenta una sección transversal de forma
aproximadamente triangular, en adaptación al espacio incorporado,
presente en un grupo del fondo del vehículo. A las paredes
frontales delantera y posterior 5a, 8a se conecta respectivamente
un racor de empalme 26 rodeando respectivamente una apertura de
entrada 6a y una apertura de salida 9a. Las aperturas mencionadas
6a y 9a están dispuestas coaxialmente con respecto al eje
longitudinal central 27 de la carcasa 2a. Los canales de aire de
enfriamiento 23, 24 desembocan en la pared frontal delantera 5a con
aperturas 12a de entrada de aire flanqueando la apertura de entrada
6a. En el lado opuesto, los canales de aire de enfriamiento 23, 24
desembocan con aperturas aperturas de salida de aire 13a en la
pared frontal posterior 8a. Los tubos 25 que forman los canales de
aire de enfriamiento 23, 24 presentan respectivamente una sección
inclinada 28 que se conectan a los lados frontales 5a, 8a y
discurren oblicuamente hacia el eje longitudinal central 27. Las
secciones inclinadas 28 están conectadas entre sí por secciones de
tubo 29 que discurren paralelamente con respecto al eje
longitudinal central 27. En esta realización, los tubos 25a
sobresalen con parte de su superficie de contorno en la zona
central 30 del canal 18 de gases de escape que se extiende entre las
dos aperturas 6a y 9a (ver también la figura 6). Por lo tanto, los
gases de escape que entran en el canal de gases de escape por la
apertura de entrada 6a no pueden alcanzar la apertura de salida 9a
directamente, sino son derivados por las secciones inclinadas 28 y
también por las secciones 29 del tubo que discurren en línea recta
(ver flechas 31 en la figura 5), y con ello son remolineados y
obligados a dar la vuelta de la superficie de contorno de los tubos
25, lo que aumenta el efecto de enfriamiento. Los tubos 25 están
fijados en las paredes frontales 5a y 8a así como en el lado
interior 33 de la carcasa 2a, con la ayuda de elementos de
distancia 32 (figura 7).
En la figura 8 está representado de manera
esquemática un extracto de un dispositivo de gases de escape con un
dispositivo de enfriamiento 1 y un convertidor de gases de escape
34. El dispositivo de enfriamiento 1 esencialmente corresponde al
dispositivo de enfriamiento representado en la figura 1. Su carcasa
2 respectivamente el canal 18 de gases de escape son atravesados en
dirección longitudinal por un canal 11 de aire de enfriamiento. Del
tubo 7 alimentador de gases de escape se bifurca un tubo 35 de
derivación que se extiende con una distancia radial hacia todos los
lados a través del canal 11 de aire de enfriamiento y desemboca en
la carcasa 36 del convertidor de gases de escape. En la zona de la
bifurcación del tubo de derivación 35 está dispuesta una válvula 37
con la cual el tubo de derivación 35 y el tubo 7 respectivamente el
canal 18 de gases de escape pueden ser alternamente abiertos y
cerrados. La válvula 37 presenta como elemento de cierre por ejemplo
una aleta 38 situada de manera inclinable en el tubo 7 de gases de
escape que lleva en su lado con frente a la apertura 39 de entrada
del tubo 35 de derivación un elemento hermetizante cooperativo con
esta apertura. Si se desea el enfriamiento de los gases de escape,
la aleta 38 se encuentra en la posición representada en la figura 8
en la cual libera la sección transversal interior del tubo 7 de
gases de escape y cierra con su elemento hermetizante 40 el tubo de
derivación. En la fase de arranque en frío y en el margen de carga
baja, cuando el enfriamiento no es deseado, la aleta se encuentra
en la posición representada en la figura 9 en la cual cierra la
sección transversal interior del tubo 7 de gases de escape y en la
cual el elemento hermetizante 40 libera la apertura de desembocadura
del tubo 35 de derivación. Los gases de escape ahora pueden
alcanzar el convertidor de gases de escape por el camino más corto y
sin enfriamiento considerable. La superficie de la sección
transversal del tubo 35 de derivación es más pequeña que la
superficie de la sección transversal interior del tubo 7 de gases
de escape. Esto permite de un lado reducir la superficie exterior
del tubo 35 de derivación que tiene contacto con el aire ambiente
respectivamente de marcha, y la masa del mismo. Por otro lado, la
velocidad del flujo de los gases de escape atravesando el tubo 35 de
derivación es aumentada, lo que también reduce la pérdida de calor
al aire ambiente. Además, el tubo 35 de derivación, debido a su
sección transversal reducida con respecto al canal 18 de gases de
escape, tiene la ventaja que un "tope de engrasación" causado
por el mando del motor es traspasado prácticamente sin diluir a un
catalizador de almacenamiento de NO_{x}. El exceso de carburante
que llega allí en un estado sin diluir regenera el catalizador de
almacenamiento ya que es quemado con el oxigeno almacenado en el
mismo.
- 1
- dispositivo de enfriamiento
- 2
- carcasa
- 3
- pared lateral
- 4
- dirección de flujo
- 5
- pared frontal delantera
- 6
- apertura de entrada
- 7
- tubo de gases de escape
- 9
- abertura de salida
- 10
- tubo de gases de escape
- 11
- canal de aire de enfriamiento
- 12
- apertura de entrada de aire
- 13
- apertura de salida de aire
- 14
- pared
- 15
- eje longitudinal central
- 16
- sección
- 17
- sección
- 18
- canal de gases de escape
- 19
- flecha de flujo
- 20
- superficie de sección transversal
- 21
- lado exterior
- 22
- lado interior
- 23
- canal de aire de enfriamiento
- 24
- canal de aire de enfriamiento
- 25
- tubo
- 26
- racor de empalme
- 27
- eje longitudinal central
- 28
- sección inclinada
- 29
- sección de tubo
- 30
- zona central
- 31
- flecha
- 32
- elemento de distancia
- 33
- lado interior
- 34
- convertidor de gases de escape
- 35
- tubo de derivación
- 36
- carcasa
- 37
- válvula
- 38
- aleta
- 39
- abertura de desembocadura
- 40
- elemento hermetizante
- 41
- aleta
Claims (13)
1. Un dispositivo para gases de escape de
vehículos de motor, comprendiendo un convertidor (34) de gases de
escape y un dispositivo (1) de enfriamiento de los gases de escape,
conectado de manera intercalada con el mismo, caracterizado
por el hecho que el dispositivo (1) de enfriamiento tiene una
carcasa (2) limitando un canal (18) para gases de escape, provisto
de una apertura (6) de entrada y una apertura (9) de salida y
teniendo una pared lateral (3), por ejemplo, de forma cilíndrica,
cuya superficie interior esencialmente entera (22) forma una
superficie de enfriamiento que puede ser expuesta a los gases de
escape, y por el hecho que en el interior del canal (18) para gases
de escape está dispuesta al menos un canal (11) para aire de
enfriamiento atravesando la carcasa (2).
2. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el canal
(11) para aire de enfriamiento se extiende sensiblemente en la
dirección longitudinal de la carcasa (2) o en la dirección (4) del
paso de los gases de escape.
3. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho que la
superficie de la sección transversal del canal (18) para los gases
de escape corresponde a la superficie de la sección transversal del
tubo (7) para los gases de escape que conducen al dispositivo (1)
de enfriamiento.
4. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado por una distancia en
todos los lados entre la pared (14) limitando el canal (11) para
aire de enfriamiento y la superficie (22) interior de la pared (3)
lateral.
5. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 1 a 4, caracterizado por el hecho que el
canal (11) para aire de enfriamiento puede ser traspasado por aire
de marcha.
6. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho que el canal
(11) para aire de enfriamiento tiene una apertura (12) de entrada
de aire que está dispuesta en el lado (5) frontal delantero de la
carcasa (2) que está expuesto al aire de marcha.
7. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 6, caracterizado por el hecho que la apertura
(13) de salida de aire del canal (11) para aire de enfriamiento
está dispuesta en el lado (8) frontal posterior de la carcasa
(2).
8. Un dispositivo para gases de escape según una
de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por varios
canales (23, 24) para aire de enfriamiento teniendo respectivamente
una apertura (12a) de entrada de aire en el lado (5a) frontal
delantero y una apertura (13a) de salida de aire en la parte (8a)
frontal posterior.
9. Un dispositivo para gases de escape según una
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho que
las paredes del dispositivo (1) de enfriamiento que participan en
el traspaso de calor entre el gas de escape y el aire ambiente o de
enfriamiento están provistas de estructuras agrandando la
superficie.
10. Un dispositivo para gases de escape según una
de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho que
las paredes del dispositivo (1) de enfriamiento que participan en
el traspaso de calor entre el gas de escape y el aire ambiente o de
enfriamiento tienen superficies negras.
11. Un dispositivo para gases de escape según una
de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por un canal
(11) para aire de enfriamiento que puede cerrarse.
12. Un dispositivo para gases de escape según una
de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por un tubo
(35) de derivación que se bifurca del lado de entrada del
dispositivo (1) de enfriamiento y desemboca en un convertidor (34)
intercalado corriente abajo para los gases de escape y por una
válvula (37) que controla el estado de apertura del canal (18) para
gases de escape y del tubo (35) de derivación, y que alternadamente
cierra el canal (18) para gases de escape y libera el tubo (35) de
derivación.
13. Un dispositivo para gases de escape según la
reivindicación 12, caracterizado por el hecho que el tubo
(35) de derivación se extiende a través del canal (18) de
enfriamiento del dispositivo (1) de enfriamiento.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE19962529 | 1999-12-23 | ||
| DE19962529 | 1999-12-23 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2223384T3 true ES2223384T3 (es) | 2005-03-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00127864T Expired - Lifetime ES2223384T3 (es) | 1999-12-23 | 2000-12-20 | Dispositivo de escape para vehiculos de motor. |
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|---|---|
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| DE (1) | DE50007012D1 (es) |
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-
2000
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| EP1111209A3 (de) | 2003-06-18 |
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