ES2280267T3 - Sistema de admision para motor de combustion interna con membrana preferentemente permeable a las moleculas de oxigeno. - Google Patents
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Abstract
Sistema de admisión para un motor de combustión interna, el cual comprende como mínimo un conducto de admisión (13), que conecta una abertura de admisión (14) a una o varias entradas (21) de cilindros del motor de combustión interna, un elemento de filtrado (16) dispuesto en un cuerpo envolvente (15a, b), de manera que el cuerpo envolvente está dispuesto en el conducto de entrada (13) de manera que el elemento filtrante puede ser atravesado por el aire de admisión, un diafragma (22) que es permeable de manera preferente por las moléculas de oxígeno, de manera que dicho diafragma está dispuesto en el conducto de admisión (13) de manera tal que puede ser atravesado por el aire de admisión, de forma que el diafragma (22) está incorporado en el cuerpo envolvente (15a, b) del filtro de aire, y de manera que el diafragma (22) forma una parte de la pared del cuerpo envolvente (15a, b) del filtro de aire, caracterizado porque, en la zona del diafragma, el cuerpo envolvente (15a, b) del elemento filtrante comprende una pantalla (23) que lo protege contra la suciedad del compartimiento del motor, y la pantalla (23) está constituida por una tapa para mejorar el aspecto estético del compartimiento del motor.
Description
Sistema de admisión para motor de combustión
interna con membrana preferentemente permeable a las moléculas de
oxígeno.
La presente invención se refiere a un sistema de
admisión para un motor de combustión interna, el cual, para el
filtrado del aire, tiene un filtro de aire de tipo conocido así como
una membrana principalmente permeable para las moléculas de
oxígeno, de acuerdo con la reivindicación 1 (ver además el documento
JP-A-60088858).
La utilización de membranas para el
enriquecimiento en oxígeno del aire de combustión es conocida. Las
designaciones comerciales para materiales conocidos para el
enriquecimiento en oxígeno del aire son, por ejemplo, silicio y
polisulfonas. Según el documento DE 197 10 840 A1, se prevé un
sistema de este tipo. Según la figura única de dicho documento,
este sistema está realizado a base de un conducto de admisión en el
que está montado un filtro de aire (22). Además, se dispone de un
cuerpo adicional el cual está dotado de una membrana preferentemente
permeable para las moléculas de oxígeno. Este cuerpo está unido, de
manera correspondiente, con el conducto de admisión, de manera que
se consigue una conexión en paralelo del filtro de aire (22) y de la
membrana (32). De acuerdo con la posición de las válvulas de
mariposa (24, 34), el aire de combustión puede ser enriquecido con
oxígeno.
Mediante un dispositivo de enriquecimiento de
oxígeno de este tipo, el aire de admisión alimentado al motor, por
una parte, aumenta la temperatura de los gases de escape, y de este
modo se acelera el tiempo de activación del catalizador, es decir,
el tiempo que transcurre hasta que el catalizador alcanza su
temperatura de funcionamiento y, por lo tanto, su rendimiento
completo se reduce. Además, se puede mejorar la utilización del
combustible en el motor. De esta forma, se pueden reducir las
emisiones de monóxido de carbono y dióxido de carbono de los gases
de escape. De modo adicional, también se reduce el contenido de
nitrógeno de la combustión, por lo que se genera una menor cantidad
de óxidos de nitrógeno. De modo global, se puede conseguir una
disminución de la carga ambiental producida por los gases de escape
del motor térmico.
Por la utilización de la tecnología de la
membrana para enriquecimiento de oxígeno del aire de combustión, se
produce, no obstante, una mayor complicación de los componentes del
sistema de admisión. Por esta razón, se genera por lo demás una
necesidad adicional de espacio en el vehículo. El espacio en
automóviles modernos es limitado, por lo que surge simultáneamente
un notable interés en conseguir soluciones económicas.
Por esta razón, es un objetivo de la invención
el conseguir un sistema de admisión para un motor térmico que
presenta un filtro de aire y una membrana principalmente permeable a
las moléculas de oxígeno, de manera que se consiguen ventajas en
los costes de la fabricación y un funcionamiento económico. Este
objetivo se consigue mediante las características de la
reivindicación 1.
El sistema de aspiración, según la invención,
comprende un canal de admisión, en el que como mínimo se ha montado
un filtro de aire así como la membrana, que es preferentemente
permeable para las moléculas de oxígeno. Por debajo del canal de
admisión se prevé además una estructura que constituye la
trayectoria de admisión para una abertura de admisión para la
entrada de uno o varios cilindros del motor térmico. En esta
trayectoria de admisión están montados otros componentes que son
indispensables para el funcionamiento del motor térmico. Forma
parte del canal de admisión, por ejemplo, una válvula de mariposa y
un conducto de admisión, el cual comprende una cámara de
acumulación y como mínimo un canal de admisión para cada
cilindro.
De acuerdo con la invención, la membrana está
montada en el cuerpo del filtro de aire. Mediante esta integración,
se ahorra simultáneamente espacio constructivo así como peso de las
piezas componentes del sistema de admisión. Simultáneamente, se
puede ahorrar trabajo de montaje por la correspondiente
construcción, de manera que la solución que se da a conocer resulta
más económica.
De acuerdo con otra disposición de la invención,
la membrana está dispuesta con respecto a la corriente de aire del
conducto de admisión paralelamente al elemento de filtro. Esta
variante es especialmente simple de realizar cuando se monta la
membrana en el cuerpo del filtro de aire. Por el flujo paralelo se
consigue siempre una disminución de paso del aire de combustión a
través del elemento de filtro.
Se consigue una construcción ventajosa cuando la
membrana está construida como parte de las paredes del cuerpo del
filtro de aire. En este caso, se consigue una variante que aporta un
especial ahorro de espacio, puesto que se tiene a disposición las
superficies del cuerpo del filtro de aire. Estas pueden ser
utilizadas para el enriquecimiento del aire de combustión mediante
oxígeno. En base a la pérdida de carga a través de las membranas
utilizadas, es necesaria básicamente una gran superficie de la
membrana para poder enriquecer el aire con oxígeno de manera
intensa.
intensa.
Es ventajoso que la membrana, que constituye una
parte de las paredes del cuerpo del filtro de aire, esté dotada de
una pantalla de protección. Esta pantalla protege la membrana contra
ensuciamiento, por ejemplo, de agua en el recinto del motor. El
ensuciamiento de la membrana perjudicaría su funcionamiento y, por
lo tanto, llevaría a una disminución de su capacidad de separación.
La pantalla de protección puede consistir, por ejemplo, en una tapa
que, por razones ópticas, o en base a la amortiguación de ruidos,
queda montada en el recinto del motor. Estas tapas serán fijadas
preferentemente de manera directa al cuerpo del filtro de aire, de
manera que su efecto de pantalla se conseguirá simultáneamente con
la protección de la membrana.
Una medida técnica constructiva para la
disminución de los costes de explotación del motor térmico o bien
para la mejora de la función del sistema de admisión consiste en que
la membrana esté dispuesta en la dirección de flujo del aire de
admisión, detrás del filtro de aire. De esta manera, la membrana
recibirá solamente la acción del aire limpio que se ha depurado por
el elemento filtrante, de manera que se puede evitar básicamente el
ensuciamiento de la membrana. Por lo tanto, no se hace necesario el
cambio de la membrana. Para el montaje de la membrana se debe
prever en el sistema de admisión, en el lado del aire limpio, un
recinto apropiado. Este puede quedar dispuesto también, en especial
en el cuerpo del filtro de aire.
De esta manera, se consiguen simultáneamente las
ventajas que ya se han explicado en cuanto a la utilización del
espacio constructivo.
De acuerdo con otra realización del concepto de
integración, en el cuerpo del elemento filtrante está integrado
simultáneamente el tubo de admisión para el motor térmico. De esta
manera, se consigue una construcción especialmente compacta de
manera que, ventajosamente, la pared separadora entre las piezas del
cuerpo del filtro de aire el tubo de admisión puede ser utilizada
para colocar la membrana. De esta manera, se puede conseguir una
superficie mayor para el montaje de las membranas sin aumento del
espacio constructivo.
La membrana no es necesario que quede
constituida de forma laminar. De forma laminar se puede integrar
ciertamente, de manera especialmente sencilla, en las paredes del
cuerpo del filtro. No obstante, una medida técnica para el aumento
de la superficie efectiva de la membrana se consigue por la
utilización de membranas de fibras huecas. Estas pueden ser
incorporadas, por ejemplo, mediante sus extremos, en una parte de la
pared del cuerpo, de manera que se consigue también una geometría
que permite el ahorro de espacio.
Es ventajoso disponer un órgano de
estrangulación paralelamente a la membrana en el canal de admisión.
Esta función puede ser desempeñada, por ejemplo, mediante una
válvula de mariposa que está prevista de igual modo en el conducto
de admisión. Si esta válvula de mariposa está dispuesta
paralelamente a la membrana, el flujo de aire de admisión podrá ser
estrangulado solamente hasta el grado en el que la corriente
principal del aire de entrada a través del elemento de filtrado
quede completamente interrumpida. La corriente complementaria, que
es aspirada a través de la membrana, se encuentra siempre a
disposición en el conducto de admisión. Por esta razón, el aire
aspirado a través de la membrana debe ser igual o menor que la
cantidad de aire necesaria para la marcha en vacío o en ralentí. De
esta manera se dispondrá en todo momento de la cantidad máxima
posible de aire enriquecido en oxígeno.
De todos modos, se puede montar también un
órgano de estrangulación en la corriente complementaria del canal
de admisión, el cual está conectado en serie con la membrana. En
relación con la válvula de estrangulación del canal de admisión, la
alimentación de aire al motor térmico puede ser interrumpida por
completo. Además, la cantidad de aire aspirada a través de la
membrana se puede regular de forma que también se puede influir en
el grado de enriquecimiento en oxígeno del aire de combustión. En
esta realización del sistema de admisión, se pueden utilizar
también membranas que permiten el paso de una mayor capacidad de
aire que la que se necesita en la marcha en vacío. Para posibilitar
el control del contenido de oxígeno, se pueden prever, en el canal
de admisión, dispositivos sensores que comprueban además de la
cantidad de aire que pasa en contenido de oxígeno. Con ayuda de
estos valores de medición se puede determinar la cantidad de oxígeno
alimentada al motor térmico y se puede influir en la misma mediante
la disposición correspondiente de los órganos de estrangulación.
Estas y otras ventajas de otras realizaciones
preferentes de la invención se deducen de las reivindicaciones, y
también de la descripción y de los dibujos, de manera que las
características individuales se puedan llevar a cabo en la forma de
realización de la invención por sí mismas o en forma de varias de
forma combinada.
Otras características de la invención se
describen en los dibujos en base a ejemplos de realización
esquemáticos. En los dibujos:
La figura 1 muestra la disposición esquemática
de un cuerpo de filtro de aire con membrana en el recinto del motor
de un vehículo, en sección; y
la figura 2 muestra una sección esquemática de
un cuerpo en el que está integrado el conducto de admisión, un
filtro de aire y una membrana.
En la figura 1 se ha mostrado la parte frontal
(10) de un vehículo a motor, en la que se aprecia el recinto (11)
para el motor. En el recinto del motor se encuentran un motor
térmico (12), que recibe aire mediante el canal de admisión (13),
que comprende una abertura de admisión (14) en un cuerpo envolvente
(15a), con un elemento de filtro (16), un órgano de estrangulación
(17a) y un conducto de admisión (18).
El conducto de admisión presenta una cámara de
acumulación (19) y canales de admisión (20), de los cuales se ha
mostrado uno de ellos. Los canales de admisión terminan en las
aberturas de entrada (21) de los cilindros del motor térmico.
Una parte de las paredes laterales del cuerpo
envolvente (15a) está realizada en forma de una membrana (22). En
este caso, se consigue una conexión en paralelo de una membrana con
respecto al elemento de filtrado (16). La corriente de aire de
admisión puede ser regulada en su totalidad mediante el órgano de
estrangulación (17a).
Para la protección de la membrana se ha
dispuesto una pantalla (23) por fuera del cuerpo envolvente (15a).
Esta puede estar constituida, por ejemplo, mediante una tapa para la
mejora de la óptica del motor y para la disminución del nivel de
ruido. La pantalla protege simultáneamente la membrana (22) contra
el ensuciamiento. La disposición de la membrana (22) se encuentra
además en una zona del recinto de motor directamente por debajo de
la tapa del motor, de manera que la probabilidad de ensuciamiento de
la membrana resulta menor que en otras zonas dispuestas más abajo
del motor térmico.
En la figura 2 se ha mostrado una sección
esquemática del cuerpo envolvente (15b). Este comprende la abertura
de admisión (15), elementos de filtro (16), el recinto de
acumulación (19) y los canales de admisión (20) que terminan en las
aberturas de admisión (21) de los cilindros. Como plano de
separación entre la parte (24a) del cuerpo envolvente para los
elementos filtrantes (16) y una parte (24b) del propio cuerpo
envolvente que constituye el conducto de admisión (18), se ha
dispuesto la membrana (22). Paralelamente a la membrana (22), se ha
previsto un órgano de estrangulación (17b), el cual regula la
corriente principal de aire hacia el motor térmico. Además, se
puede conectar en serie con respecto a la membrana (22) un órgano de
estrangulación (17a), el cual puede ser utilizado para ajustar la
cantidad de aire a través de la membrana. Se puede también
prescindir de este órgano de estrangulación cuando la corriente de
aire que pasa a través de la membrana (22), y que se ha enriquecido
con oxígeno, es menor que la cantidad necesaria de aire de admisión
para la fase de funcionamiento en vacío o ralentí del motor
térmico.
La membrana (22) está dispuesta en un volumen
propio, de manera que el aire enriquecido de nitrógeno antes de la
membrana (22) no puede entrar a través del órgano de estrangulación
(17b) en la cámara de acumulación (19). Para aumentar el
rendimiento de la membrana (22), se puede prever adicionalmente un
ventilador (25) que expulsa, desde la membrana, el aire enriquecido
con nitrógeno.
Se pueden prever sensores (26) para determinar,
por una parte, la velocidad de paso del aire de admisión y, por
otra, el contenido de oxígeno. Por la evaluación de los resultados
de medición, se puede determinar la cantidad de oxígeno que se
facilitará al motor térmico. Para regular la cantidad de oxígeno y
la cantidad de aire, se pueden controlar los órganos de
estrangulación (17a) y (17b) de manera combinada.
Claims (8)
1. Sistema de admisión para un motor de
combustión interna, el cual comprende como mínimo un conducto de
admisión (13), que conecta una abertura de admisión (14) a una o
varias entradas (21) de cilindros del motor de combustión interna,
un elemento de filtrado (16) dispuesto en un cuerpo envolvente (15a,
b), de manera que el cuerpo envolvente está dispuesto en el
conducto de entrada (13) de manera que el elemento filtrante puede
ser atravesado por el aire de admisión, un diafragma (22) que es
permeable de manera preferente por las moléculas de oxígeno, de
manera que dicho diafragma está dispuesto en el conducto de admisión
(13) de manera tal que puede ser atravesado por el aire de
admisión, de forma que el diafragma (22) está incorporado en el
cuerpo envolvente (15a, b) del filtro de aire, y de manera que el
diafragma (22) forma una parte de la pared del cuerpo envolvente
(15a, b) del filtro de aire, caracterizado porque, en la zona
del diafragma, el cuerpo envolvente (15a, b) del elemento filtrante
comprende una pantalla (23) que lo protege contra la suciedad del
compartimiento del motor, y la pantalla (23) está constituida por
una tapa para mejorar el aspecto estético del compartimiento del
motor.
2. Sistema de admisión, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el diafragma (22) está
dispuesto paralelamente al elemento filtrante (16) con
referencia al flujo de aire de admisión.
referencia al flujo de aire de admisión.
3. Sistema de admisión, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el diafragma (22) está
dispuesto detrás del elemento filtrante (16) cuando se observa en
la dirección del aire de admisión.
4. Sistema de admisión, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un conducto
de admisión (18) está incorporado en el cuerpo envolvente (15a, b),
formando dicho tubo de admisión una parte del conducto de admisión
(13).
5. Sistema de admisión, según la
reivindicación 4, caracterizado porque el diafragma (22) se
adapta a la forma de un tabique separador entre una parte (24a) del
cuerpo envolvente del filtro de aire y una parte (24b) del cuerpo
envolvente del tubo de admisión.
6. Sistema de admisión, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
diafragma (22) está dispuesto paralelamente a un elemento de
estrangulación (17a, b), que está dispuesto para controlar el
caudal del aire de admisión.
7. Sistema de admisión, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
diafragma (22) está dispuesto por delante o por detrás de un
elemento de estrangulación (17a, b).
8. Sistema de admisión, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se dispone
un ventilador (25), que expulsa el aire enriquecido en oxígeno
desde el diafragma (22).
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