ES2254635T3 - Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar un turboalimentador de gas de escape. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar un turboalimentador de gas de escape.Info
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Abstract
Procedimiento para hacer funcionar un turboalimentador de gas de escape que sirve para alimentar un motor de combustión interna, en el que se alimenta un flujo principal de un gas a un compresor del turboalimentador de gas de escape a través de una tubería de aspiración, se comprime este flujo en el compresor por medio de un elemento de compresión y se le conduce a un canal de aspiración del motor de combustión interna a través de una tubería del compresor, siendo regulada la cantidad de gas retransmitida a cámaras de combustión del motor de combustión interna a través del canal de aspiración por medio de una compuerta de estrangulación dispuesta entre el compresor y las cámaras de combustión, caracterizado porque, cuando se produce en la zona aguas abajo del elemento de compresión (52) entre este elemento de compresión (52) y la compuerta de estrangulación (36) una depresión frente a la presión reinante en la tubería de aspiración (26) aguas arriba del elemento de compresión (52), se aprovecha esta depresión para controlar una tubería de flujo de derivación (B) que, aguas arriba del elemento de compresión (52), se deriva del flujo principal (A) conducido a través del elemento de compresión (52), se conduce el flujo alrededor del elemento de compresión (52) desde su lado colocado aguas arriba hasta su lado colocado aguas abajo y, aguas abajo del elemento de compresión (52) y aguas arriba de la compuerta de estrangulación (36), se devuelve dicho flujo nuevamente al flujo principal (A).
Description
Procedimiento y dispositivo para hacer funcionar
un turboalimentador de gas de escape.
La invención se refiere al funcionamiento de un
turboalimentador de gas de escape. Se refiere especialmente a un
procedimiento para hacer funcionar un turboalimentador de gas de
escape según las características del preámbulo de la reivindicación
1, a un dispositivo para la puesta en práctica de este procedimiento
según las características del preámbulo de la reivindicación 5 y a
un turboalimentador de gas de escape con tal dispositivo.
Se emplean turboalimentadores de gas de escape
para alimentar motores de combustión interna, en los que una turbina
del turboalimentador de gas de escape accionada por el gas de escape
acciona un compresor a través de un árbol común. El compresor
aspira, a través de una tubería de aspiración, un gas, generalmente
aire o una mezcla de aire y un gas, generalmente gas combustible y/o
gas de escape, y lo distribuye. A través de una tubería de
compresor conectada aguas abajo al compresor, la cual está unida con
un canal de aspiración del motor de combustión interna, se alimenta
el gas comprimido a cámaras de combustión del motor de combustión
interna. Con ayuda del gas comprimido se puede quemar en las cámaras
de combustión del motor de combustión interna más combustible que el
que se quemaría con motores de aspiración normales y, por tanto, se
puede incrementar la potencia del motor de combustión interna. La
cantidad de gas alimentada a las cámaras de combustión determina
sensiblemente, junto con otros parámetros, como el ajuste y la
distribución de la mezcla de combustible y el instante de encendido,
la potencia actual del motor de combustión interna. Esto significa
que, por ejemplo bajo absorción de carga, durante el arranque o la
aceleración del motor, se deberá alimentar una cantidad de gas lo
más grande posible y, al estrangular el motor, se deberá trabajar en
lo posible con una cantidad de gas reducida. Típicamente, la
cantidad de gas que se alimenta a las cámaras de combustión del
motor de combustión interna, se regula con ayuda de una compuerta de
estrangulación que está dispuesta aguas abajo del compresor delante
de las cámaras de combustión, tal como se ha mostrado, por ejemplo,
en el artículo "New high efficiency high speed gas engine of the
3MW class" en el Congreso CIMAC de 1998 en Copenhague, página
1393, figura 9, o como se ha descrito en la revista MTZ
Motortechnische Zeitschrift 50 (1989) 5, página 231, figura 7.
Al igual que durante el funcionamiento del
turboalimentador de gas de escape reinan presiones diferentes en la
tubería de aspiración aguas arriba del compresor y en las tuberías
conductoras de flujo aguas abajo del compresor, se pueden presentar
también debido al trabajo con la compuerta de estrangulación
presiones diferentes en los tramos de tubería aguas arriba de la
compuerta de estrangulación y aguas debajo de esta última. Se ha
visto, por ejemplo, que al estrangular el motor de combustión
interna, cuando la compuerta de estrangulación está sustancialmente
cerrada, reina en la zona aguas abajo de la compuerta de
estrangulación una depresión frente a la presión que reina en la
zona agua arriba de la compuerta de estrangulación. A plena carga,
el compresor aporta ahora en general plena potencia, de modo que la
presión en la zona aguas arriba de la compuerta de estrangulación,
es decir, entre el compresor y la compuerta de estrangulación, es en
el caso normal también más alta que la presión aguas arriba del
compresor en la tubería de aspiración. Para eliminar estas
condiciones de presión no deseadas en caso de una repentina retirada
de la carga y obtener una rápida degradación de la presión aguas
debajo de la compuerta de estrangulación, se han propuesto
diferentes tuberías de derivación que unen la zona entre el
compresor y la compuerta de estrangulación aguas abajo del compresor
con la tubería de aspiración aguas arriba del compresor y hacen
posible que el gas comprimido salga de la zona entre el compresor y
la compuerta de estrangulación y vuelva a la tubería de aspiración
aguas arriba del compresor. Ejemplos de tales tuberías de derivación
se han escrito en los documentos
DE-A-28 23 067 y
DE-A-197 28 850. Para poder utilizar
deliberadamente la tubería de derivación se han previsto una o más
válvulas de derivación en dicha tubería de derivación. El control de
estas válvulas de derivación funciona sustancialmente bajo la acción
de la presión. Las diferencias de presión que se presentan son
utilizadas entonces en parte directamente por válvulas de presión,
teniéndose en cuenta incluso presiones provenientes de la zona de
gas de escape del sistema. El control se realiza en parte también
por vía eléctrica y, aparte de los datos de presión, se tienen en
cuenta también la temperatura, el número de revoluciones y otros
datos del sistema.
En el caso de una aceleración desde el dominio de
carga parcial, por ejemplo hasta el dominio de plena carga, se
pueden establecer también condiciones de presión insatisfactorias en
el sistema motor de combustión
interna-turboalimentador de gas de escape en las
tuberías de alimentación de gas y en las tuberías de gas de escape.
En el dominio de carga parcial con pequeño ángulo de abertura de la
compuerta de estrangulación se origina, por ejemplo, una presión
innecesariamente alta entre el compresor y la compuerta de
estrangulación, la cual repercute sobre la turbina a través del
compresor y la frena. La turbina frenada a su vez provoca un
remansado del gas de escape en la zona entre las cámaras de
combustión y la turbina, lo que reduce el rendimiento del motor de
combustión interna. Para degradar este remansado y la alta presión
ligada al mismo aguas arriba de la turbina se hace posible hoy en
día un flujo alrededor de la turbina por medio de una tubería de
derivación de gas de escape controlada por válvula
(waste-gate). Sin embargo, esto conduce a una
aceleración muy lenta del turboalimentador de gas de escape bajo
absorción de carga. Para conseguir un tiempo de reacción mejorado
del turboalimentador de reacción lenta, se ha propuesto en los
documentos US 4,774,812 y DE-A-198
24 476 prever también en el lado del compresor una tubería de
derivación para esquivar el compresor. En el dominio de carga
parcial se conduce un flujo de derivación desde la tubería de
aspiración aguas arriba del compresor hasta la zona entre el
compresor y la compuerta de estrangulación aguas abajo del
compresor, de modo que de poco a incluso ningún gas circula por el
compresor y el turboalimentador de gas de escape funciona en marcha
en vacío impulsado tan sólo por la turbina. Se suprime así la acción
de frenado anteriormente descrita del compresor. Por el contrario,
se cierra la tubería de derivación en el caso de una aceleración
repentina desde el funcionamiento a carga parcial, por ejemplo hasta
el funcionamiento a plena carga, y el compresor, que funciona ya con
relativa rapidez, puede establecer con relativa rapidez una presión
de alimentación correspondiente. Tanto en el documento US 4,774,812
como en el documento DE-A-198 24 476
el control de las válvulas en la tubería de derivación y en la
tubería en la que está dispuesto el compresor se efectúa por vía
electrónica. A este fin, los más diferentes datos de funcionamiento
del turboalimentador y el motor de combustión interna son captados a
través de sensores y procesados en una unidad de control, y se
entrega una señal de control correspondiente a las válvulas
dispuestas en las dos tuberías.
El documento GB 2 083 135 revela también un
dispositivo para hacer funcionar un turboalimentador de gas de
escape en el que la tubería de derivación permite un flujo
controlado por medio de una válvula alrededor del elemento compresor
desde su lado colocado aguas arriba hasta su lado colocado aguas
abajo.
Estos controles electrónicos de las válvulas,
como los que se han descrito en los documentos
US-4,774,812 y
DE-A-198 24 476, son complicados y
aparatosos y, debido a los sensores necesarios, resultan también
caros.
Por este motivo, el cometido de la invención
consiste en presentar un procedimiento sencillo y barato para hacer
funcionar un turboalimentador de gas de escape, en el que se mejore
el rendimiento de alimentación del turboalimentador de gas de escape
al producirse la absorción de carga del motor de combustión interna.
Asimismo, se presenta un dispositivo técnicamente muy sencillo y,
por tanto, también barato para la puesta en práctica de este
procedimiento.
Este problema se resuelve por medio de un
procedimiento con las características de la reivindicación 1.
Al igual que en los procedimientos descritos en
los documentos US-4,774,812 y
DE-A-198 24 476, en el procedimiento
según la invención se alimenta un flujo principal de un gas a un
compresor del turboalimentador de gas de escape a través de una
tubería de aspiración, se comprime este flujo en el compresor y se
le conduce, a través de una tubería del compresor, a un canal de
aspiración del motor de combustión interna, regulándose la cantidad
de gas retransmitida por el canal de aspiración a cámaras de
combustión del motor de combustión interna por medio de una
compuerta de estrangulación dispuesta entre el compresor y las
cámaras de combustión. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en
los procedimientos descritos en los documentos
US-4,774,812 y
DE-A-198 24 476, se tiene según la
invención que, cuando en la zona aguas abajo del compresor se
presenta entre el compresor y la compuerta de estrangulación una
depresión frente a la presión reinante en la tubería de aspiración
aguas arriba del compresor, se aprovecha esta depresión para generar
un flujo de derivación que circula alrededor del compresor desde su
lado colocado aguas arriba hasta su lado colocado aguas abajo. En
otras palabras, se genera el flujo de derivación aprovechando la
depresión reinante en la zona comprendida entre el compresor y la
compuerta de estrangulación, aguas arriba del compresor se deriva
este flujo del flujo principal conducido a través del compresor y
aguas abajo del compresor se devuelve de nuevo dicho flujo al flujo
principal entre el compresor y la compuerta de estrangulación.
Aprovechando la depresión para generar el flujo
de derivación se puede realizar este procedimiento de manera muy
sencilla y barata. El retorno del flujo de derivación al flujo
principal antes de la compuerta de estrangulación admite un control
no complicado con respecto a la apertura y el cierre de la tubería
de derivación.
Por el contrario, en la solución según la
invención importa solamente la relación de presión entre la presión
p1 en la tubería de aspiración y la presión p2 en la zona entre el
compresor y la compuerta de estrangulación. Durante el arranque y
también durante la absorción de carga en el dominio de baja carga,
la presión p1 en la tubería de aspiración es mayor que la presión p2
entre el compresor y la compuerta de estrangulación, de modo que el
flujo de derivación a través de la tubería de derivación en
dirección al flujo principal se desarrolla a través del compresor
hacia las cámaras de combustión. Esto mejora el rendimiento de
alimentación no sólo al arrancar el motor de combustión interna,
sino sobre todo también considerablemente al absorber carga en el
dominio de baja carga. En el funcionamiento normal, la presión p2
entre el compresor y la compuerta de estrangulación es mayor que la
presión p1 en la tubería de aspiración. Por tanto,
independientemente de la presión p3 en la zona aguas abajo de la
compuerta de estrangulación, en la solución según la invención reina
siempre en funcionamiento normal una presión de flujo en dirección a
la tubería de aspiración. Por consiguiente, en lugar de trabajar
con un control complicado para direcciones de flujo cambiantes, en
la solución según la invención se puede trabajar con una sencilla
válvula de retención controlada por presión.
Si el flujo de derivación se deriva del flujo
principal en la tubería de aspiración aguas abajo de un
caudalímetro, se obtienen entonces a través del caudalímetro,
incluso al circular alrededor del compresor, unos datos eficaces
como manifestación del caudal másico que son importantes para
ajustar la mezcla de combustible. Si se devuelve nuevamente el flujo
de derivación al flujo principal en la zona de la tubería del
compresor, el turboalimentador de gas de escape puede separarse del
motor de combustión interna de una manera muy sencilla, lo que
reduce los costes de montaje.
Este procedimiento se puede realizar de manera
muy sencilla con un dispositivo según la invención, que se puede
unir con un sistema convencional constituido por un motor de
combustión interna y un turboalimentador de gas de escape. El
sistema convencional de motor de combustión interna y
turboalimentador de gas de escape presenta un turboalimentador de
gas de escape con un compresor accionado a través de una turbina.
Este último está unido para flujo aguas arriba con una tubería de
aspiración y aguas abajo con una tubería de compresor. La tubería
del compresor se puede unir con un canal de aspiración del motor de
combustión interna para formar una tubería de flujo, estando
prevista una compuerta de estrangulación en la tubería de flujo. El
dispositivo según la invención comprende una tubería de derivación
que en estado montado está unida en su primer lado con la tubería de
aspiración aguas arriba del compresor y en su segundo lado con la
tubería de flujo entre el compresor y la compuerta de
estrangulación. La tubería de derivación está construida de tal
manera que permite solamente un flujo alrededor del compresor desde
el lado colocado aguas arriba hasta el lado colocado aguas abajo del
compresor. Esto se puede hacer posible de la manera más sencilla y
barata previendo en la tubería de derivación al menos un elemento de
regulación, por ejemplo una válvula de retención, que admita un
flujo solamente desde el lado colocado aguas arriba hasta el lado
colocado aguas abajo del compresor, pero que impida un flujo en
sentido contrario. La válvula de retención está configurada como una
válvula sensible a la presión y es solicitada desde un lado con la
presión p1 y desde el otro lado con la presión p2. Esto permite un
flujo muy sencillo y resultante por sí solo, que no es propenso a
perturbaciones y, además, sigue siendo muy barato. Posibilidades
para la configuración de una válvula de retención de esta clase son,
por ejemplo, una válvula de bola o de platillo asistida por muelle.
Según la geometría de la tubería de derivación, puede ser
conveniente prever más de una válvula de retención.
El dispositivo según la invención puede preverse
en turboalimentadores nuevos, pero resulta adecuado también para
equipar posteriormente turboalimentadores existentes.
Cuando el turboalimentador de gas de escape para
alimentar un motor de combustión interna está provisto ya de un
dispositivo según la invención, esto resulta muy ventajoso para el
montaje. La tubería de derivación está unida entonces ventajosamente
con la tubería del compresor aguas abajo de dicho compresor para
que, durante el montaje, no tenga que unirse por separado con el
canal de aspiración del motor de combustión interna. Por supuesto,
es imaginable también que el segundo lado de la tubería de
aspiración no esté unido con la tubería de compresor del
turboalimentador de gas de escape, sino que esté diseñado para una
unión con el canal de aspiración del motor de combustión interna. En
este caso, la compuerta de estrangulación tiene que estar dispuesta
en el canal de aspiración del motor de combustión interna, y la
tubería de derivación tiene que ser unida todavía durante el
montaje, aguas arriba de la compuerta de estrangulación, con el
canal de aspiración del motor de combustión interna.
Los motores de combustión interna que están
equipados con un turboalimentador de gas de escape y que presentan
un dispositivo según la invención logran un rendimiento de
alimentación más alto tanto en el arranque como sobre todo bajo
cualquier absorción de carga desde la marcha en vacío cuando se abre
rápidamente la compuerta de estrangulación y, en tanto la presión p2
sea más pequeña que la presión p1, el compresor que aún gira
lentamente actúe como una estrangulación.
Otras formas de realización preferidas son objeto
de otras reivindicaciones subordinadas.
En lo que sigue, se explica con más detalle el
objeto de la invención haciendo referencia a un ejemplo de
realización preferido que se ha representado en el dibujo adjunto.
Muestran de manera puramente esquemática:
La figura 1, un turboalimentador de gas de escape
con un dispositivo según la invención unido con un motor de
combustión interna;
La figura 2, una parte del lado del compresor de
un turboalimentador de gas de escape en sección a lo largo de su eje
longitudinal con tubería de derivación integrada; y
La figura 3, otra forma de realización de un
turboalimentador de gas de escape con tubería de derivación
integrada en una representación según la figura 2.
Los símbolos de referencia empleados en el dibujo
y su significado se han recogido en forma agrupada en la lista de
símbolos de referencia. La forma de realización descrita representa
un ejemplo del objeto de la invención y no tiene ningún efecto
limitativo.
La figura 1 muestra un turboalimentador de gas de
escape 10 con una turbina 12 y un compresor 14, estando la turbina
12 y el compresor 14 dispuestos sobre un árbol común 16. Una tubería
de gas de escape 22 conduce a la turbina 12 desde un motor de
combustión interna 20 con cámaras de combustión 21. A través de la
tubería de gas de escape 22 se alimentan a la turbina gases de
escape que accionan dicha turbina 12, de modo que también el
compresor 14 comienza a trabajar a través del árbol común 16. Los
gases de escape son evacuados aguas abajo de la turbina 12 a través
de una tubería de salida 24.
El compresor 14 aspira aire a la presión p1 a
través de una tubería de aspiración 26 dispuesta aguas arriba. Como
se insinúa por medio de la línea 27 dibujada a trazos, es posible
también derivar de la tubería de salida 24 una parte del gas de
escape por medio de una tubería de unión y añadirla al aire aspirado
a través de la tubería de aspiración aguas arriba del compresor 14.
Se puede añadir también al aire aspirado un gas combustible
proveniente de un recipiente de gas combustible 29a, 29b, 29c, 29d.
Esta adición puede efectuarse tanto aguas arriba 29a del compresor
14 como en lugares diferentes aguas abajo 29b, 29c, 29d del
compresor (indicado siempre con línea de trazos). El aire aspirado y
también una mezcla de aire-gas de escape y de
aire-gas combustible o una mezcla de aire, gas
combustible y gas de escape son gases, por lo que se sigue hablando
solamente de gas. El gas aspirado es conducido a través del
compresor 14, comprimido por éste y alimentado aguas abajo a una
tubería 28 del compresor. La tubería 28 del compresor está unida,
con ayuda de una unión de brida 30, con un canal de aspiración 32
del motor de combustión interna 20. La tubería 28 del compresor y
el canal de aspiración 32 forman conjuntamente una tubería de flujo
34 en la que está dispuesta una compuerta de estrangulación 36.
Aunque esto no es en general usual, es ciertamente imaginable
también que la compuerta de estrangulación 36 esté dispuesta en la
tubería 28 del compresor del turboalimentador de gas de escape 10 en
lugar de estarlo en el canal de aspiración 32 del motor de
combustión interna 20. Aguas abajo de la compuerta de estrangulación
36 está dispuesto, en el ejemplo que aquí se muestra, un
refrigerador 38 del aire de alimentación. Aguas abajo del
refrigerador 38 del aire de alimentación, el canal de aspiración 32
está unido con las cámaras de combustión 21 del motor de combustión
interna 20.
El turboalimentador de gas de escape 10 presenta
un dispositivo 40 según la invención con una tubería de derivación
42 que está unida en su primer lado 44 con la tubería de aspiración
26 aguas arriba del compresor 14 y en su segundo lado 46, aguas
abajo del compresor, con la tubería 28 del compresor entre dicho
compresor 14 y la compuerta de estrangulación 36. Naturalmente, es
imaginable también unir el segundo lado 46 de la tubería de
derivación 42 con el canal de aspiración 32 entre el compresor 14 y
la compuerta de estrangulación 36 en vez de unirlo con la tubería 28
del compresor, tal como se ha indicado con la línea de trazos 43. La
tubería de derivación 42, 43 está equipada con sencillas válvulas de
retención 48 que permiten solamente un flujo alrededor del
compresor 14 desde el lado colocado aguas arriba hasta el lado
colocado aguas abajo del compresor 14. Las válvulas de retención 48
se abren automáticamente cuando la presión ambiente p1 es mayor que
la presión p2 reinante en la zona entre el compresor 14 y la
compuerta de estrangulación 36. Esto tiene lugar cada vez que se
abre completamente la compuerta de estrangulación 36, tal como, por
ejemplo, al arrancar el motor de combustión interna 20; pero sobre
todo opera también muy eficazmente al producirse una absorción de
carga desde la marcha en vacío, puesto que entonces el compresor 14
en rotación lenta actúa como una estrangulación.
Por tanto, siempre que la presión p1 en la
tubería de aspiración 26 sea mayor que la presión p2 en la zona
entre el compresor 14 y la compuerta de estrangulación 36, se abren
las válvulas de retención 48 a consecuencia de la depresión p2 aguas
abajo del compresor 14 y se produce un flujo de derivación B que se
deriva del flujo principal A aguas arriba del compresor 14. El flujo
de derivación B derivado del flujo principal A es conducido a través
de la tubería de derivación 42, 43 desde el lado colocado aguas
arriba alrededor del compresor 14 hasta el lado colocado aguas abajo
de dicho compresor 14 y devuelto al flujo principal A antes de la
compuerta de estrangulación 36 aguas abajo del compresor 14. Cuando
está previsto un caudalímetro 18 en la tubería de aspiración 26, es
ventajoso entonces derivar el flujo de derivación B del flujo
principal A en la tubería de aspiración 26 aguas abajo del
caudalímetro 18. De esta manera, se obtienen a través del
caudalímetro 18, incluso con flujo alrededor del compresor, datos
eficaces como manifestación sobre el caudal másico.
Naturalmente, es imaginable prever solamente una
válvula de retención 48 en lugar de las numerosas válvulas de
retención 48 o bien prever, en lugar de la válvula o las válvulas de
retención 48, uno o varios otros elementos de regulación que
permitan el flujo a través de la tubería de derivación 42, 43
solamente en la dirección del lado colocado aguas arriba al lado
colocado aguas abajo del compresor 14.
En la figura 2 se muestra una parte del lado del
compresor de un turboalimentador de gas de escape 10 en sección a lo
largo de su eje longitudinal 51, en la que el dispositivo 40 según
la invención está integrado en la carcasa 50 del turboalimentador de
gas de escape 10. Como elemento de compresión 52 en el compresor 14
actúa el rodete 53 del compresor, el cual está dispuesto con su cubo
54 sobre el árbol 16. En el cubo 54 están fijadas las paletas
motrices 56 del rodete 53 del compresor. A través de la tubería de
aspiración 26, que está unida con el ambiente 58, se aspira aire
-identificado como flujo principal A- y se conduce este aire, a
través del rodete 53 del compresor y un difusor 60, a una carcasa
espiral 62 del compresor 14 que es parte integrante de la tubería 28
del compresor. El aire es comprimido entonces desde la presión
ambiente p1 hasta la presión p2. Una tubería de unión 64 en la
carcasa espiral 62 une el canal de flujo de forma de espiral de la
carcasa espiral 62 con una cavidad 66 en la parte del lado del
compresor de la carcasa 50 del turboalimentador de gas de escape 10.
La cavidad 66 está unida con el ambiente 58 a través de una
abertura de válvula 68 que está cerrada por medio de una compuerta
70 construida, en cooperación con la abertura de válvula 64, como
una válvula de retención 48, en tanto la presión ambiente p1 sea
menor que la presión p2 en la carcasa espiral 62. Sin embargo,
cuando reina una depresión p2 frente a la presión ambiente p1 en la
carcasa espiral 62, tal como ocurre precisamente en el caso de una
rápida absorción de carga desde la marcha en vacío, se abre la
compuerta 70 en contra de la fuerza de un muelle 72, por ejemplo
hasta la posición 74 representada con línea de trazos, y circula
aire ambiente a través de la cavidad 66 de la carcasa 50 hasta que
las presiones p1 y p2 sean nuevamente iguales o la presión p2 sea
nuevamente mayor que la presión ambiente p1. Por tanto, la cavidad
66 de la carcasa 50 sirve en este caso como tubería de derivación 42
para esquivar el elemento del compresor 14 a través del cual se
comprime el aire comprimido. Por consiguiente, la cavidad 66 sirve
para esquivar el rodete 52 del compresor desde el lado colocado
aguas arriba con presión ambiente p1 hasta el lado colocado aguas
abajo con presión p2.
En la figura 3 se muestra un segundo ejemplo de
una tubería de derivación 42 de esta clase integrada en la carcasa
50 del turboalimentador de gas de escape 10. La construcción es en
principio igual que en la figura 2. No obstante, la cavidad 66, que
sirve de tubería de derivación 42, en lugar de estar unida
directamente con el ambiente 58, está unida por medio de la válvula
de retención 48 con una tubería 76 que a su vez puede estar unida
para flujo (no representado) con el ambiente 58, la tubería de
aspiración 26 y/o, por ejemplo, con el recipiente de gas combustible
29a y/o la tubería de unión 27.
Cuando la tubería de derivación 42 está integrada
en la carcasa 50 del turboalimentador de gas de escape 10, se tiene
que, en lugar del sencillo dispositivo de compuerta 70 con muelle
72, se pueden emplear también otras válvulas de retención 48 u otros
mecanismos con el mismo efecto. Para no influir negativamente sobre
las condiciones de flujo en la carcasa espiral 62, la abertura de
unión 64 en la carcasa espiral 62 puede estar provista también de
una válvula correspondiente. La cavidad 66 puede estar configurada
también como un canal reotécnicamente optimizado practicado en la
carcasa y la válvula o las válvulas de retención pueden estar
configuradas entonces, por ejemplo, como válvulas de bola. Sin
embargo, como se ilustra en la figura 1, se puede emplear también
una tubería de derivación 42 no integrada en la carcasa, lo que es
especialmente adecuado sobre todo para equipar posteriormente
instalaciones existentes.
| 10 | Turboalimentador de gas de escape |
| 12 | Turbina |
| 14 | Compresor |
| 16 | Árbol |
| 18 | Caudalímetro |
| 20 | Motor de combustión interna |
| 21 | Cámara de combustión |
| 22 | Tubería de gas de escape |
| 24 | Tubería de salida de gas de escape |
| 26 | Tubería de aspiración |
| 27 | Tubería de unión |
| 28 | Tubería del compresor |
| 29a, 29b | |
| 29c, 29d | Recipiente de gas combustible |
| 30 | Unión de brida |
| 32 | Canal de aspiración |
| 34 | Tubería de flujo |
| 36 | Compuerta de estrangulación |
| 38 | Refrigerador de aire de alimentación |
| 40 | Dispositivo |
| 42, 43 | Tubería de derivación |
| 44 | Primer lado |
| 46 | Segundo lado |
| 48 | \begin{minipage}[t]{50mm} Elemento de regulación, válvula de retención\end{minipage} |
| 50 | Carcasa del turboalimentador |
| 51 | \begin{minipage}[t]{50mm} Eje longitudinal del turboalimentador de gas de escape\end{minipage} |
| 52 | Elemento de compresión |
| 53 | Rodete del compresor |
| 54 | Cubo |
| 56 | Paletas motrices |
| 58 | Ambiente |
| 60 | Difusor |
| 62 | Carcasa espiral |
| 64 | Abertura de unión |
| 66 | Cavidad |
| 68 | Abertura de válvula |
| 70 | Compuerta |
| 72 | Muelle |
| 74 | Posición "abierta" |
| 76 | Tubería |
Claims (10)
1. Procedimiento para hacer funcionar un
turboalimentador de gas de escape que sirve para alimentar un motor
de combustión interna, en el que se alimenta un flujo principal de
un gas a un compresor del turboalimentador de gas de escape a través
de una tubería de aspiración, se comprime este flujo en el compresor
por medio de un elemento de compresión y se le conduce a un canal de
aspiración del motor de combustión interna a través de una tubería
del compresor, siendo regulada la cantidad de gas retransmitida a
cámaras de combustión del motor de combustión interna a través del
canal de aspiración por medio de una compuerta de estrangulación
dispuesta entre el compresor y las cámaras de combustión,
caracterizado porque, cuando se produce en la zona aguas
abajo del elemento de compresión (52) entre este elemento de
compresión (52) y la compuerta de estrangulación (36) una depresión
frente a la presión reinante en la tubería de aspiración (26) aguas
arriba del elemento de compresión (52), se aprovecha esta depresión
para controlar una tubería de flujo de derivación (B) que, aguas
arriba del elemento de compresión (52), se deriva del flujo
principal (A) conducido a través del elemento de compresión (52), se
conduce el flujo alrededor del elemento de compresión (52) desde su
lado colocado aguas arriba hasta su lado colocado aguas abajo y,
aguas abajo del elemento de compresión (52) y aguas arriba de la
compuerta de estrangulación (36), se devuelve dicho flujo nuevamente
al flujo principal (A).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el flujo de derivación (B) se deriva del
flujo principal (A) en la tubería de aspiración (26) aguas abajo de
un caudalímetro (18) y/o se devuelve dicho flujo nuevamente al flujo
principal (A) en la zona de la tubería (28) del compresor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque, cuando se invierten las condiciones de
presión y se produce en la zona entre la compuerta de estrangulación
(36) y el elemento de compresión (52) una sobrepresión en
comparación con la zona aguas arriba del elemento de compresión (52)
en la tubería de aspiración (26), se impide un flujo a través de la
tubería de derivación (42, 43) desde el lado colocado aguas abajo
hasta el lado colocado aguas arriba del elemento de compresión
(52).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se impide el flujo a través de la
válvula de derivación (42, 43) desde el lado colocado aguas abajo
hasta el lado colocado aguas arriba del elemento de compresión (52)
por medio de un elemento de regulación (48) que admite un flujo
solamente desde el lado colocado aguas arriba hasta el lado colocado
aguas abajo del compresor.
5. Dispositivo para hacer funcionar un
turboalimentador de gas de escape, en el que un compresor del
turboalimentador de gas de escape está unido para flujo aguas arriba
con una tubería de aspiración y aguas abajo con una tubería de
compresor, y la tubería del compresor puede ser unida con un canal
de aspiración de un motor de combustión interna para formar una
tubería de flujo, estando prevista en la tubería de flujo una
compuerta de estrangulación, cuyo dispositivo comprende una tubería
de derivación que puede ser unida en su primer lado con la tubería
de aspiración aguas arriba de un elemento de compresión del
compresor y en su segundo lado con la tubería de flujo aguas abajo
del elemento de compresión del compresor, estando unida la tubería
de derivación (42, 43) en estado montado, aguas abajo del elemento
de compresión (52) del compresor (14), con la tubería de flujo (34,
32, 28) entre el elemento de compresión (52) y la compuerta de
estrangulación (36), caracterizado porque presenta al menos
un elemento de regulación (48) que está construido de tal manera que
permite solamente un flujo alrededor del elemento de compresión (52)
desde su lado colocado aguas arriba hasta su lado colocado aguas
abajo e impide un flujo desde el lado colocado aguas abajo hasta el
lado colocado aguas arriba del elemento de compresión (52), y porque
el elemento de regulación (48) está controlado por presión.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque, para controlar el elemento de
regulación (48), se emplea solamente la presión reinante en la
tubería de aspiración (26) en la zona aguas arriba del elemento de
compresión (52) y la presión reinante en la zona entre el elemento
de compresión (52) y la compuerta de estrangulación (36).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
5 ó 6, caracterizado porque la tubería de derivación (42, 43)
está integrada en una carcasa (50) del turboalimentador.
8. Turboalimentador de gas de escape para
alimentar un motor de combustión interna, cuyo compresor está unido
para flujo aguas arriba con una tubería de aspiración y aguas abajo
con una tubería de compresor, pudiendo ser unida la tubería del
compresor con un canal de aspiración de un motor de combustión
interna para formar una tubería de flujo y estando prevista una
compuerta de estrangulación en la tubería de flujo, turboalimentador
que comprende una tubería de derivación que está unida en su primer
lado con la tubería de aspiración aguas arriba del compresor y en su
segundo lado con la tubería de flujo aguas abajo del compresor,
caracterizado porque la tubería de derivación (42, 43) está
unida con la tubería (28) del compresor entre un elemento de
compresión (52) del compresor (14) y la compuerta de estrangulación
(36), y porque presenta al menos un elemento de regulación (48) que
está construido de tal manera que permite solamente un flujo
alrededor del elemento de compresión (52) desde su lado colocado
aguas arriba hasta su lado colocado aguas abajo e impide un flujo
desde el lado colocado aguas abajo hasta el lado colocado aguas
arriba del elemento de compresión (52), y porque el al menos un
elemento de regulación está controlado por presión.
9. Turboalimentador de gas de escape según la
reivindicación 8, caracterizado porque, para controlar el
elemento de regulación controlado por presión, se utilizan solamente
las presiones reinantes en la tubería de aspiración (26) en la zona
aguas arriba del elemento de compresión (52) y en la zona entre el
elemento de compresión (52) y la compuerta de estrangulación
(36).
10. Motor de combustión interna con un
turboalimentador de gas de escape, caracterizado porque el
turboalimentador de gas de escape (10) está construido según una de
las reivindicaciones 8 ó 9.
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