ES2265372T3 - Dispositivo de depuracion de gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de depuración de los gases de escape en un motor de combustión interna, que comprende: una turbina de gases de escape (18), que está dispuesta aguas abajo de la salida de los gases de escape del motor de combustión interna en un conducto de gases de escape, un primer sistema de depuración de los gases de escape (28), que está dispuesto aguas abajo de la turbina de gases de escape (18) en el conducto de gases de escape, un conducto de derivación (30, 30¿, 44) que hace pasar los gases de escape delante de la turbina de gases de escape (18), una primera válvula de derivación (36) destinada a gobernar o controlar el conducto de derivación (30, 30¿, 44), cuya válvula está dispuesta en una caja (22) de la turbina de gases de escape (18) de tal manera que, en una de las posiciones finales (B), bloquea totalmente la turbina de gases de escape (18) y en la otra posición final (A) bloquea totalmente el conducto de derivación (30, 30¿, 44), y una segunda válvula de derivación (37, 46) destinada a gobernar o controlar el conducto de derivación (30, 30¿, 44), cuya válvula sirve para ajustar la presión de admisión del motor de combustión interna, caracterizado porque el conducto de derivación (30, 30¿, 44), la primera válvula de derivación (36) y la segunda válvula de derivación (37, 46) están integrados en la caja (22) de la turbina de gases de escape (18) y las dos válvulas de derivación (36, 37, 46) son accionadas por medios de mando (33) separados.
Description
Dispositivo de depuración de gases de
escape.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de depuración de los gases de escape de un motor de
combustión interna, que comprende una turbina para gases de escape,
un sistema de depuración de los gases de escape, un conducto de
derivación, una primera válvula de derivación y una segunda válvula
de derivación, según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un dispositivo según esta clase de describe en
el documento impreso DE 198 33 619 A1. En este dispositivo, un
catalizador de arranque está dispuesto en el conducto de derivación
que rodea a la turbina de gases de escape. El catalizador de
arranque puede ser atravesado por los gases de escape en función de
la posición de la válvula de derivación como variante de la turbina
de gases de escape y, si es necesario, calentado rápidamente por
esta razón, de manera que en este dispositivo ha tenido ya lugar
prematuramente una depuración eficaz de los gases de escape.
Se sabe, por otra parte, por el documento
impreso DE 196 54 026 A1, que están dispuestos un catalizador previo
y un catalizador principal aguas abajo del conducto de evacuación
de turbina y de un conducto de derivación que rodea a la turbina de
gases de escape. Para calentar rápidamente el catalizador previo, se
inserta un tubo aislado por el entrehierro o espacio hueco en una
sección del conducto de evacuación de la turbina. Además, una aleta
de válvula gobernable, que puede estar cerrada cuando el motor de
combustión interna no está todavía caliente, y desvía el conjunto
de los gases de escape por el conducto de evacuación de turbina y
sirve, por otra parte, para ajustar la presión de admisión del
motor de combustión interna, está dispuesta además en el conducto
de derivación. Esto tiene como efecto que el catalizador previo
pueda ser calentado de manera relativamente rápida, y de manera que
los gases de escape sean rápidamente depurados.
El objeto de la invención es el de continuar
desarrollando el dispositivo según la clase, de tal manera que, en
una construcción de estructura compacta, sea posible depurar los
gases de escape todavía más rápidamente en el tiempo y realizar
además un ajuste apropiado de la presión de admisión.
Este problema es resuelto por un dispositivo
según la reivindicación 1. Es posible encontrar otras formas de
realización complementarias ventajosas de la invención en las otras
reivindicaciones. Según la invención, se propone que el conducto de
derivación, la primera válvula de derivación y la segunda válvula de
derivación estén integrados en la caja de la turbina de gases de
escape y que las dos válvulas de derivación sean accionadas por
medios de mando o control separados. Por una parte, este dispositivo
permite, cuando el motor de combustión interna y la turbina de
gases de escape están todavía fríos, alimentar el dispositivo de
depuración de los gases de escape rodeando totalmente la turbina de
gases de escape y no pasando más que por el conducto de derivación,
y por lo tanto calentar y convertir todavía más rápidamente los
gases de escape casi sin pérdida de calor de los gases de escape.
Además, se obtiene así una construcción que presenta una estructura
ventajosa y robusta de la caja de la turbina de gases de escape o
respectivamente del turbocompresor de sobrealimentación de gases de
escape. Por otra parte, este dispositivo permite, por intermedio del
segundo órgano de mando separado para la segunda válvula de
derivación, ajustar una presión de admisión particularmente
sensible, mientras que la primera válvula de derivación no está
conectada más que de A hacia B, e inversamente, por intermedio del
primer órgano de mando, que varía, por ejemplo, con la
temperatura.
Además, se propone que el conducto de derivación
presente una sección transversal interior idéntica o no
sensiblemente inferior a la sección transversal del conducto de
evacuación de la turbina. Ello excluye por esta razón
contra-presiones de los gases de escape,
inadmisibles cuando la turbina de gases de escape está bloqueada, y
garantiza una depuración eficaz de los gases de escape en el
conjunto de la zona de admisión del motor de combustión interna.
Además, es particularmente ventajoso que, en una
forma de realización complementaria de la invención, el conducto de
derivación sea térmicamente aislado con respecto a la caja de la
turbina de gases de escape, aislado principalmente por un
entrehierro. Por esta razón, se consigue encauzar nuevamente, casi
sin pérdidas, la energía calorífica contenida en los gases de
escape, al dispositivo de depuración de los gases de escape.
Se proporciona un sistema que presenta una
estructura particularmente compacta cuando, en el caso de un flujo
tangencial de los gases de escape en la turbina de gases de escape y
una evacuación axial de los gases de escape a través de un conducto
principal, el conducto de derivación y el dispositivo de depuración
de los gases de escape se extienden paralelamente al conducto
principal. De preferencia, el conducto de derivación y el conducto
principal pueden ser entonces reunidos todavía delante de la brida
de evacuación de la caja de la turbina de gases de escape, para
formar una sola corriente de gases de escape. Es entonces posible
conectar directamente a esta brida de evacuación el dispositivo de
depuración de los gases de escape, que se ocupa de convertir los
componentes de los gases de escape destinados a ser limpiados.
Además, un dispositivo de depuración de los
gases de escape, que puede ser, de manera conocida, o bien un
catalizador de tres vías o bien un adsorbente de los HC, puede estar
integrado en la caja de la turbina de gases de escape o
respectivamente en el conducto de derivación. En el último caso, la
válvula de derivación que gobierna la circulación a través del
adsorbente de los HC puede igualmente gobernar la adsorción y la
desorción del adsorbente de los HC por un mando o control
correspondiente por intermedio de un aparato de mando motorizado;
lo que significa que, cuando la capacidad de adsorción de los HC
está agotada, la válvula de derivación se cierra hasta que la
temperatura del catalizador principal montado aguas abajo haya
alcanzado un valor definido, y es a continuación abierta de nuevo
momentáneamente a la vista de la desorción de los HC.
El dispositivo de depuración de los gases de
escape puede ser un catalizador de tres vías o un adsorbente de los
HC, en función del tipo de construcción del motor de combustión
interna.
Para desencadenar todavía más rápidamente el
dispositivo de depuración de los gases de escape, este podría además
ser calentado eléctricamente.
Un ejemplo de realización de la invención se
explica con más detalle en lo que sigue. De puede ver en el dibujo
esquemático que
la figura 1 ilustra un corte longitudinal a
través de un turbocompresor de sobrealimentación de gases de escape
conectado a un colector de gases de escape de un motor de combustión
interna de pistones alternativos, dotado de un conducto de
derivación integrado y de un primer dispositivo de depuración de los
gases de escape y de un segundo dispositivo de depuración de los
gases de escape conectado a la caja del turbocompresor de
sobrealimentación de gases de escape; y
la figura 2 ilustra un corte longitudinal
parcial a través de un turbocompresor de sobrealimentación de gases
de escape dotado de un segundo conducto de derivación y de una
segunda válvula de derivación, extendiéndose el corte a lo largo de
los conductos de derivación.
El turbocompresor de sobrealimentación de gases
de escape 10, representado sólo esquemáticamente por un motor de
combustión interna de pistones alternativos y de cuatro cilindros y
conectado por una brida de conexión 12 a un colector de gases de
escape 14 del motor de combustión interna no representado y se
compone sensiblemente de un compresor 16 y de una turbina de gases
de escape 18, que están unidos por un árbol 20, de manera que la
rueda 18a de la turbina acciona a la rueda del compresor 16a. En la
medida en que no ha sido descrito, el turbocompresor de
sobrealimentación de gases de escape 10 es de un tipo de
construcción conocido.
Como ello es en sí conocido, los gases de escape
llegan a la turbina de gases de escape 18 de manera tangencial (no
visible en la figura 1) y circulan de manera sensiblemente axial por
un conducto de evacuación 24 en dirección a una brida de evacuación
26, a la cual está conectado directamente un catalizador principal
28 (representado sólo en parte). El catalizador principal 28 puede
ser un catalizador de tres vías o un catalizador DeNox. Por razones
de construcción, sin embargo, un conducto de gases de escape puede
estar igualmente montado entre el catalizador principal 28 y el
turbo-soplante de gases de escape 10.
En la caja 22 de la turbina de gases de escape
18 está integrado un conducto de derivación 30 que se extiende
paralelamente al conducto de evacuación 24, cuyo conducto de
derivación puede ser abierto o cerrado más o menos por medio de una
aleta de válvula 34 montada de manera que puede pivotar por medio de
un eje 32 como parte de una primera válvula de derivación 36 con un
elemento de mando correspondiente 33 (eléctrico o neumático).
La aleta de válvula 34 puede estar dispuesta de
preferencia aguas arriba de un dispositivo de depuración de los
gases de escape 38 integrado en el conducto de derivación 30 y aguas
arriba de la turbina de gases de escape 18 (línea trazada en trazo
lleno o continuo). Puede ser perfectamente controlada por una
técnica de regulación y de acuerdo con la técnica de los fluidos.
En la posición indicada en trazos aguas abajo de la turbina de
gases de escape 18 está además dispuesta una segunda válvula de
derivación 37, cuya aleta de válvula 39 puede ser hecha girar
alrededor de un eje de pivotamiento 35.
El dispositivo de depuración de gases de escape
38 dispuesto en el conducto de derivación 30 es de forma cilíndrica
y está mantenido entre dos chapas de soporte frontales 40, 42. El
diámetro del resto del dispositivo de depuración de los gases de
escape 38 cilíndrico es inferior al diámetro correspondiente del
conducto de derivación 30, de manera que se forma un entrehierro 43
en forma de envolvente entre este como aislamiento término.
El conducto de derivación 30 y el conducto de
evacuación 24 de la turbina de gases de escape 18a son reunidos en
el sentido de la circulación de los gases de escape delante de la
brida de evacuación 26 de acuerdo con la técnica de los fluidos, de
la misma manera que un difusor.
La aleta de válvula 34 de la primera válvula de
derivación 36 puede ser accionada a una posición A (representada en
trazo discontinuo), en la cual cierra el conducto de derivación 30 y
garantiza en la misma ocasión una afluencia libre a la turbina de
gases de escape 18.
En la posición B de la aleta de válvula 34
(línea de trazo lleno), la turbina de gases de escape 18 está en
cortocircuito y la totalidad de los gases de escape circulan de
acuerdo con la técnica de los fluidos de manera favorable por el
conducto de gases de escape 30 o respectivamente a través del
dispositivo de depuración de los gases de escape 38.
En las posiciones intermedias de la aleta de
válvula 34, la presión de admisión, o respectivamente la potencia
del compresor 16, se ajustan de manera correspondiente controlando
el caudal de los gases de escape a través de la turbina de gases de
escape 18.
La primera válvula de derivación 36 es gobernada
de manera correspondiente a este efecto por el aparato de mando de
motor eléctrico, no representado, y el elemento de mando 33 (por
ejemplo u motor eléctrico paso a paso). Así, cuando el motor de
combustión interna está todavía frío o respectivamente cuando los
dispositivos de depuración de los gases de escape 38, 28 están
todavía fríos, la aleta de válvula 34 está en la posición B y la
totalidad de los gases de escape es canalizada a través del
dispositivo de depuración de los gases de escape 38, cuya sección
transversal interior corresponde aproximadamente a la sección
transversal interior del conducto de evacuación 24. Esto calienta
rápidamente el dispositivo de depuración de los gases de escape 38,
en particular, igualmente, en razón de su aislamiento térmico
provocado por el entrehierro 43 con respecto a la caja 22 del
turbo-soplante de gases de escape 10.
Además, la superficie alimentada por los gases
de escape es estrechada por el volumen del canal de la turbina y es
suministrada así a la caja de turbina una cantidad menor de energía
calorífica.
Después de haber alcanzado la temperatura de
arranque del dispositivo de depuración de los gases de escape 38,
la otra zona del conducto de los gases de escape situada aguas abajo
se recalienta igualmente de manera relativamente rápida y, unido a
ello, el catalizador principal 28. Después de haber alcanzado la
temperatura de arranque, el conducto de derivación 30 es cerrado
por la aleta de válvula 34 y en ese momento los gases de escape son
encauzados por la turbina de gases de escape 18 o respectivamente el
conducto de evacuación 24.
Si la presión de admisión del motor de
combustión interna rebasa un valor definido, la aleta de válvula 34
destinada a gobernar la presión de admisión es de nuevo abierta más
o menos, de manera que una parte de la cantidad de gases de escape
fluye por el conducto de derivación 30 o respectivamente el
dispositivo de depuración de los gases de escape 38.
Una conmutación de la aleta de válvula 34 a las
dos posiciones finales A y B es gobernada en consecuencia por la
primera válvula de derivación 36. Las dos aletas de válvula 34, 39
podrían ser entonces accionadas por dos elementos de mando
separados 33. Por el contrario, sólo es ajustada la presión de
admisión del motor de combustión interna por la segunda válvula de
derivación 37.
El dispositivo de depuración de los gases de
escape 38 puede ser lo que se denomina un catalizador previo o un
catalizador de arranque bajo la forma de un catalizador de tres vías
monolítico o de un adsorbente de los HC.
En el caso de un adsorbente de los HC, la
válvula de derivación 36 o respectivamente la aleta de válvula 34
pueden ser además gobernadas de manera que son gobernadas, en el
agotamiento de la capacidad de adsorción del adsorbente de los HC
38 en la posición A, de manera que sólo el catalizador principal 28
es todavía alimentado en gases de escape. Después de haber
alcanzado su temperatura de funcionamiento, la aleta de válvula 34
puede ser accionada momentáneamente a la posición B o a una
posición intermedia (conducto de derivación 30 abierto en parte),
con el fin de realizar una desorción de los HC en el adsorbente de
los HC 38.
De una manera no representada, el dispositivo de
depuración de los gases de escape 38 puede ser además calentado
eléctricamente con el fin de alcanzar todavía más rápidamente la
temperatura de arranque (encendido). A continuación se detiene el
calentamiento.
Además, el dispositivo de depuración de los
gases de escape 38 puede ser dimensionado con una densidad celular
elevada (por ejemplo >600 epsi - contrapresión de los gases de
escape relativamente elevada) en el caso de un rendimiento
importante y obtener una depuración rápida de los gases de escape,
todavía más eficaz, cuando el motor de combustión interna está
frío. Si el catalizador principal 28 ha alcanzado su temperatura de
encendido, la aleta de válvula 34 puede ser cerrada o accionada
para realizar la desorción y la adsorción de los HC descritas.
La figura 2 ilustra una sección transversal a
través de otro turbocompresor de sobrealimentación de gases de
escape 10', el cual, en la medida en que ello no ha sido descrito,
corresponde sensiblemente a la figura 1.
A diferencia de aquel, un segundo conducto de
derivación 44, que es gobernado por una segunda válvula de
derivación 46, está integrado en la caja 22'. A este efecto, una
aleta de válvula 48 que pivota alrededor de un eje 47, la cual es
accionada por un servomotor por ejemplo eléctrico (no representado),
está dispuesta en el conducto de derivación 44.
Además, no está previsto dispositivo de
depuración alguno de los gases de escape 38 en el primer conducto
de derivación 30', pero esto sólo tiene lugar insertando un tubo de
pared delgada 31 que realiza un aislamiento térmico del conducto de
derivación 30 por medio del entrehierro en forma de envoltura
50.
La sección transversal interior del conducto de
derivación 30 y/o 30' corresponde aproximadamente a la sección
transversal interior del conducto de evacuación 24 (no visible en la
figura 2). Por el contrario, la sección transversal interior del
segundo conducto de derivación 44 es netamente más pequeña y sirve
únicamente para controlar la presión de admisión del motor de
combustión interna, mientras que la válvula de derivación 36 sirve
para conmutar o respectivamente bloquear ya sea el conducto de
derivación 30' ya sea la turbina de gases de escape 18a, o
respectivamente el conducto de evacuación 24.
Claims (11)
1. Dispositivo de depuración de los gases
de escape en un motor de combustión interna, que comprende:
una turbina de gases de escape (18), que está
dispuesta aguas abajo de la salida de los gases de escape del motor
de combustión interna en un conducto de gases de escape,
un primer sistema de depuración de los gases de
escape (28), que está dispuesto aguas abajo de la turbina de gases
de escape (18) en el conducto de gases de escape,
un conducto de derivación (30, 30', 44) que hace
pasar los gases de escape delante de la turbina de gases de escape
(18),
una primera válvula de derivación (36) destinada
a gobernar o controlar el conducto de derivación (30, 30', 44), cuya
válvula está dispuesta en una caja (22) de la turbina de gases de
escape (18) de tal manera que, en una de las posiciones finales
(B), bloquea totalmente la turbina de gases de escape (18) y en la
otra posición final (A) bloquea totalmente el conducto de derivación
(30, 30', 44), y
una segunda válvula de derivación (37, 46)
destinada a gobernar o controlar el conducto de derivación (30, 30',
44), cuya válvula sirve para ajustar la presión de admisión del
motor de combustión interna,
caracterizado porque
el conducto de derivación (30, 30', 44), la
primera válvula de derivación (36) y la segunda válvula de
derivación (37, 46) están integrados en la caja (22) de la turbina
de gases de escape (18) y las dos válvulas de derivación (36, 37,
46) son accionadas por medios de mando (33) separados.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque un primer conducto de derivación (30,
30') presenta una sección transversal idéntica o no sensiblemente
inferior a la del conducto de evacuación de la turbina (24).
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque un segundo conducto de derivación (44)
está integrado en la caja (22') de la turbina de gases de escape
(18), que está gobernado por la segunda válvula de derivación (37,
46) para ajustar la presión de admisión.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque la sección transversal interior del
segundo conducto de derivación (44) es netamente inferior a la
sección transversal del conducto de evacuación de turbina (24).
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el conducto de
evacuación (24) de la turbina de gas y el primer conducto de
evacuación (30, 30') y, dado el caso, el segundo conducto de
derivación (44), desembocan en una brida de evacuación (26) común de
la caja (22) de la turbina de gases (18).
6. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque al menos una
sección del primer conducto de derivación (30, 30') está asilada
térmicamente con respecto a la caja (22) de la turbina de gas
(18).
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque un tubo (31) aislado del entrehierro
está insertado en el primer conducto de derivación (30, 30').
8. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque un segundo
sistema de depuración (38) de los gases de escape está dispuesto en
el primer conducto de derivación (30, 30').
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el segundo sistema de depuración (38) de
los gases de escape es un catalizador de tres vías.
10. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el segundo sistema de depuración (38) de
los gases de escape está provisto de un revestimiento de adsorción
de los HC.
11. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque el segundo
sistema de depuración (38) de los gases de escape y/o el tubo
térmicamente aislado (31) pueden ser calentados eléctricamente
cuando la temperatura está baja.
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