ES2237493T3 - Dispositivo de retorno de gas de escape. - Google Patents
Dispositivo de retorno de gas de escape.Info
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Abstract
Dispositivo de retorno de gas de escape en un motor de combustión interna multicilindro, que comprende una tubería de aspiración (4) para alimentar aire comburente a los cilindros y una tubería colectora de gas de escape (5) para evacuar gas de escape de los cilindros del motor de combustión interna, estando prevista una válvula (10) en la tubería colectora de gas de escape (5) entre dos zonas de dicha tubería colectora de gas de escape (5) asociadas a dos grupos de cilindros (2, 3) y pudiendo unirse una zona de la tubería colectora de gas de escape (5) con una tubería de retorno de gas de escape (7) que desemboca en la tubería de aspiración (4), caracterizado porque la válvula (10) dispuesta en la tubería colectora de gas de escape (5) es una válvula de retención automática que, en función de la diferencia de presión aplicada, permite que rebose gas de escape desde la zona de la tubería colectora de gas de escape (5) unida con la tubería de retorno de gas de escape (7) hasta la otra zona de la tubería colectora de gas de escape (5) delimitada por la válvula (10), pero impida por cierre un flujo en dirección contraria, y porque está dispuesta también en la tubería de retorno de gas de escape (7) una válvula controlable (11) que controla una sección transversal de flujo de la tubería de retorno de gas de escape (7).
Description
Dispositivo de retorno de gas de escape.
La invención concierne a un dispositivo de
retorno de gas de escape durante el funcionamiento de motores de
combustión interna multicilindro según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Una eficaz medida para reducir las emisiones de
óxidos de nitrógeno en motores de combustión interna es el retorno
de gas de escape. Un dispositivo de retorno de gas de escape se
desprende como conocido, por ejemplo, de la patente US 5,517,976.
Los cilindros de un motor de combustión interna sobrealimentado
están distribuidos allí en dos grupos, alimentándose el gas de
escape de un grupo, preferiblemente de un cilindro, a la tubería de
aspiración del motor de combustión interna a través de una tubería
de retorno de gas de escape. El gas de escape del otro grupo de
cilindros es acumulado en una tubería colectora común y conducido a
la turbina de un turboalimentador de gas de escape. La tubería de
retorno de gas de escape y la tubería colectora de gas de escape
están unidas una con otra a través de una tubería de unión y un
dispositivo de válvula que controla una sección transversal de flujo
de la tubería de unión.
En el documento DE 39 30 243 A1 se presenta
también un dispositivo análogo, en el que una válvula de 3/2 vías
sirve para realizar una desconexión del retorno de gas de escape
cuando el motor de combustión interna está frío y la carga es baja.
Estando desconectado el retorno de gas de escape, el gas de escape
de un cilindro unido con la tubería de retorno de gas de escape
llega a la tubería colectora de gas de escape conectada a los
restantes cilindros. En un dispositivo de esta clase, que realiza
una subdivisión de los cilindros en dos grupos, de los cuales un
grupo está previsto para el retorno de gas de escape, es
problemática la necesidad de montar un dispositivo de válvula en la
zona de la tubería colectora de gas de escape, en donde las
condiciones de montaje son muy restringidas. Además, cuando la
tubería colectora de gas de escape está refrigerada, el paso del
árbol de accionamiento a través de la camisa de agua se puede
resolver solamente con un elevado coste de construcción.
Se desprende de la patente US 4,249,382 como
conocido otro dispositivo que aprovecha un grupo de cilindros de gas
de escape para el retorno del gas de escape. Un dispositivo de
válvula con dos válvulas sirve aquí para controlar las corrientes
de gas de escape. En una ejecución se emplea una válvula de
retención para impedir la entrada de aire comburente desde la
tubería de alimentación de aire en la tubería de retorno de gas de
escape.
En el documento DE 19521573 A1 se presenta un
motor de combustión interna sobrealimentado con retorno de gas de
escape que contiene en la tubería de retorno de gas de escape una
compuerta de retención y, además, una válvula para desconectar el
retorno de gas de escape. El gas de escape retornado es tomado de
una tubería colectora de gas de escape a la que están conectados
todos los cilindros del motor de combustión interna. La desventaja
de esta ejecución reside en que no se puede ajustar de forma óptima
la composición del gas de escape retornado, ya que no es posible
una regulación individual de cada cilindro para influir sobre la
calidad del gas de escape retornado.
La invención se basa en el problema de indicar
para motores de combustión interna con dos grupos de cilindros, de
los que un grupo ("cilindros donantes") proporciona el gas de
escape para el retorno de gas de escape, un dispositivo de válvula
para el retorno de gas de escape que requiera poco coste de
construcción en la zona de la tubería colectora de gas de
escape.
Este problema se resuelve con las
particularidades caracterizantes de la reivindicación 1. Una válvula
de retención construida preferiblemente como una compuerta con un
muelle de reposición divide el tubo colector de gas de escape en
dos segmentos. La integración de una válvula de retención sin
control en la tubería colectora de gas de escape no plantea
problemas de construcción ni siquiera en el caso de condiciones de
espacio restringido. El control de las corrientes de gas de escape
retornadas se realiza por medio de una válvula controlable
dispuesta en la tubería de retorno de gas de escape. La disposición
de una válvula controlable junto con el árbol de accionamiento y el
servomotor en la tubería de retorno de gas de escape no plantea
allí problemas de ninguna clase debido a las condiciones de espacio
disponible en ese sitio. De esta manera, se consigue una solución
favorable respecto de la complejidad y costes de construcción.
Se explica la invención con más detalle haciendo
referencia a un ejemplo de ejecución representado. Muestran:
la figura 1, un diagrama del sistema de un motor
de combustión interna con grupo separado de cilindros para el
retorno de gas de escape;
la figura 2a, un segmento de la tubería de gas de
escape en el que se representa un dispositivo de válvula construido
con dos compuertas en posición para el retorno de gas de escape;
y
la figura 2b, un segmento de la tubería de gas de
escape correspondiente a la figura 2a con posición de las
compuertas mientras está desconectado el retorno de gas de
escape.
La figura 1 muestra un diagrama del sistema de un
motor de combustión interna 1 con el sistema de tuberías para aire
comburente y gas de escape. El aire comburente es alimentado a los
cilindros 2, 3 del motor de combustión interna 1 a través de una
tubería de aspiración 4 que contiene el compresor de un
turboalimentador de gas de escape. El gas de escape de los cilindros
2, 3 es recogido en una tubería colectora de gas de escape 5 que
incluye la turbina 6 del turboalimentador de gas de escape. La
tubería colectora de gas de escape 5 posee, además, una conexión a
una tubería 7 de retorno de gas de escape que está unida con la
tubería de aspiración 4. Pueden estar previstos unos
intercambiadores de calor 8, 9 para enfriar las corrientes de aire y
de gas de escape. El retorno de gas de escape es controlado por
válvulas 10 y 11 que están dispuestas en la tubería colectora de
gas de escape 5 y en la tubería 7 de retorno de gas de escape. La
válvula 10, construida como válvula de retención, que está situada
en la tubería colectora de gas de escape 5 entre las conexiones de
los grupos de cilindros 2 y 3, separa dos zonas de la tubería
colectora de gas de escape 5.
En las figuras 2a y 2b se muestra el sistema de
tuberías de gas de escape en la respectiva zona del dispositivo de
válvula para el retorno de gas de escape constituido por las
válvulas 10 y 11, efectuándose en la posición de las válvulas según
la figura 2a un retorno del gas de escape del cilindro 3 y estando
cortado el retorno de gas de escape en la posición de las válvulas
según la figura 2b, de modo que el gas de escape de todos los
cilindros 2, 3 llega a la turbina 6.
Las válvulas 10 y 11 están construidas como
compuertas. La válvula 11 dispuesta en la tubería 7 de retorno de
gas de escape es conmutable, en función de parámetros de
funcionamiento del motor, a una posición abierta para el retorno de
gas de escape (figura 2a) y a una posición cerrada (figura 2b) en la
que no se produce ningún retorno de gas de escape. Debido a la
función de retención de la válvula 10, se produce solamente el
retorno del gas de escape del cilindro 3.
Durante el retorno de gas de escape y debido a
las condiciones de presión que se establecen y a la acción de un
muelle de reposición 12, la válvula 10 dispuesta en la tubería
colectora de gas de escape 5 es mantenida en posición cerrada
haciendo tope contra un soporte de reacción 13, tal como se
representa en la figura 2a. La fuerza de reposición del muelle se
elige de modo que, en concordancia con las condiciones de presión
existentes, se cumplan las condiciones de apertura y de cierre
deseadas. Un elemento de amortiguación que ataca en la compuerta
impide movimientos de tableteo inducidos por golpes de presión. La
dirección de las corrientes de gas de escape se muestra por medio de
las flechas 14, 15 y 16.
Cuando, para la desconexión del retorno de gas de
escape, se lleva la válvula 11 a una posición cerrada
correspondiente a la figura 2b, se abre automáticamente la válvula
10 debido a la diferencia de presión que se establece en las zonas
de la tubería colectora de gas de escape separadas por la válvula
10, y se origina un paso a través del cual el gas de escape del
cilindro 3 rebosa hacia el segmento de la tubería colectora de gas
de escape unido con la turbina 6. El gas de escape total de todos
los cilindros llega a la turbina 6.
Para variar la tasa de gas de escape retornado es
posible también abrir solamente en parte la válvula 11 dispuesta en
la tubería 7 de retorno de gas de escape, de modo que se haga
retornar a la tubería de aspiración solamente una parte del gas de
escape del cilindro 3 (cilindro donante), mientras que la otra
parte llega a la turbina de gas de escape junto con el gas de escape
de los restantes cilindros 2. La presión del gas de escape en la
tubería de retorno de gas de escape depende, entre otras cosas, de
la abertura de la válvula 11. Cuanto mayor sea la abertura de la
válvula 11, tanto menor será la presión del gas de escape producida
a consecuencia del remansado en la tubería de retorno de gas de
escape y tanto mayor será también la cantidad de gas de escape
retornado. La posición de la válvula 10 depende de la posición de la
válvula 11.
El dispositivo de válvula representado
constituido por las válvulas 10 y 11 para el retorno de gas de
escape permite una ejecución de construcción sencilla en la zona de
la tubería colectora de gas de escape 7, ya que, debido al montaje
de un dispositivo de válvula controlable en la tubería 7 de retorno
de gas de escape, es suficiente solamente una válvula de retención
automática en la tubería colectora de gas de escape 5. La válvula
de retención construida como compuerta solicitada por muelle se
puede presentar también en condiciones de montaje restringidas sin
medidas de construcción complicadas. En el caso de una tubería
colectora de gas de escape enfriada se suprime especialmente también
el complicado paso del árbol de accionamiento necesario a través
de la camisa de agua.
El empleo de una compuerta automática en la
tubería colectora de gas de escape tiene, además, la ventaja de que
puede servir como dispositivo de seguridad para el caso de que, a
pesar de todo, pueda salir el gas de escape del cilindro donante,
por ejemplo en una situación de un defecto de la válvula 11,
perturbaciones en el sistema de control, ensuciamiento u obstrucción
del refrigerador del gas de escape u otros componentes montados en
la tubería de retorno.
Claims (3)
1. Dispositivo de retorno de gas de escape en un
motor de combustión interna multicilindro, que comprende una tubería
de aspiración (4) para alimentar aire comburente a los cilindros y
una tubería colectora de gas de escape (5) para evacuar gas de
escape de los cilindros del motor de combustión interna, estando
prevista una válvula (10) en la tubería colectora de gas de escape
(5) entre dos zonas de dicha tubería colectora de gas de escape (5)
asociadas a dos grupos de cilindros (2, 3) y pudiendo unirse una
zona de la tubería colectora de gas de escape (5) con una tubería
de retorno de gas de escape (7) que desemboca en la tubería de
aspiración (4), caracterizado porque la válvula (10)
dispuesta en la tubería colectora de gas de escape (5) es una
válvula de retención automática que, en función de la diferencia de
presión aplicada, permite que rebose gas de escape desde la zona de
la tubería colectora de gas de escape (5) unida con la tubería de
retorno de gas de escape (7) hasta la otra zona de la tubería
colectora de gas de escape (5) delimitada por la válvula (10), pero
impida por cierre un flujo en dirección contraria, y porque está
dispuesta también en la tubería de retorno de gas de escape (7) una
válvula controlable (11) que controla una sección transversal de
flujo de la tubería de retorno de gas de escape (7).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la válvula de retención está construida
como una válvula de compuerta que está solicitada por un muelle de
reposición (13) en la dirección de cierre hasta hacer tope con un
soporte de reacción (13).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la válvula controlable (11) controla la
sección transversal de flujo en la tubería de retorno de gas de
escape (7) en función de parámetros de funcionamiento del
motor.
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