ES2320960A1 - Dispositivo de regulacion y mezcla de gas recirculado para motoresde combustion interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehiculo automovil que comprende dicho motor. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehículo automóvil que comprende dicho motor, que permite reducir las emisiones contaminantes e incrementar el rendimiento del motor adaptándose a las condiciones de funcionamiento, que comprende un conducto convergente (4) conectado a una línea de admisión o sobrealimentación del motor, un conducto divergente (1) conectado con el colector de admisión, un conducto lateral (12) conectado al menos a un colector de escape y un volumen situado en una parte central (13) por el que se fuerza al gas a recircular (10) a realizar movimientos circulares de rotación antes de ser mezclado con el aire de admisión (6), donde el conducto divergente, donde el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1) están configurados para regular el flujo de gas recirculado (10) mediante su movimiento relativo, lo que modifica un volumen de un espacio (7) de separación que hay entre el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1).
Description
Dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado para motores de combustión interna, motor que comprende
dicho dispositivo y vehículo automóvil que comprende dicho
motor.
Un primer aspecto de la presente invención se
refiere a un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado
para motores de combustión interna, un segundo aspecto se refiere a
un motor que comprende dicho dispositivo y, por último, un tercer
aspecto se refiere a un vehículo automóvil que comprende dicho
motor; teniendo aplicación, dichos tres aspectos, en la industria
mecánica, y de manera preferente en el ámbito de la automoción.
La invención permite reducir las emisiones
contaminantes a la vez que mejora el funcionamiento e incrementa el
rendimiento de este tipo de motores adaptándose a las condiciones
de funcionamiento en cada momento, así como reducir los costes de
producción de los motores, al integrar varios elementos en un único
dispositivo.
Los motores de combustión interna alternativos
son motores térmicos que comprenden un proceso de combustión que
produce unos gases que actúan sobre un émbolo o pistón que se
encuentra alojado de manera ajustada en el interior de un cilindro
o camisa, produciendo su desplazamiento en el interior de dicho
cilindro. Por un extremo opuesto al de actuación de los gases los
émbolos están vinculados a un cigüeñal, obteniéndose finalmente un
movimiento de rotación de dicho cigüeñal a partir de un movimiento
lineal alternativo de cada émbolo que comprende el motor.
En la actualidad este tipo motores se dividen en
dos grupos, por un lado están los motores de explosión, es decir
motores de ciclo Otto que utilizan gasolina como combustible y que
comprenden bujías para producir la ignición en el interior de los
cilindros, y por otro lado están los motores diésel, es decir
motores en los que el encendido en el interior los cilindros
consigue por compresión.
En los motores diésel el ciclo de encendido se
produce mediante la compresión de una mezcla de aire y combustible,
lo que produce su autoinflamación, sin la necesidad de medios
adicionales, como las bujías utilizadas en los motores de
explosión. Por este motivo este tipo de motores tienen que resistir
elevadas presiones que permitan alcanzar la temperatura de
ignición, lo que se consigue cuando el pistón se encuentra en el
punto máximo superior PMS del cilindro, instante en el que es
inyectado el combustible en la cámara de combustión. Para la
inyección del combustible en este tipo de motores se utiliza una
bomba de alta presión y al menos un inyector, de forma que la
potencia obtenida en el ciclo se encuentra determinada por el
volumen de combustible inyectado.
El rendimiento de un motor diésel es superior al
de un motor de explosión equivalente, en gran medida como
consecuencia de las elevadas presiones a las que trabajan lo que
permite aprovechar mejor el combustible, denominándose motores de
"mezcla pobre".
En estos motores cada ciclo comprende cuatro
procesos, establecidos, bien en dos tiempos o en cuatro tiempos, en
los cuales cada cilindro admite el combustible y expulsa los gases
a través de válvulas de admisión y de escape respectivamente, las
cuales están configuradas para mantenerse en situación de cierre,
debido a la acción de un muelle, hasta que se requiere su apertura
en un instante determinado, lo cual está controlado por la
actuación de un árbol de levas que gira de manera sincronizada por
la acción del cigüeñal, que acciona dicho árbol de levas, estando
todo el conjunto coordinado mediante una correa de
distribución.
Durante el funcionamiento cíclico o alternativo
de este tipo de motores se plantea la necesidad de sustituir los
gases que se producen en la combustión, por una nueva de mezcla de
aire y combustible en el interior de cada cilindro, en lo que se
denomina como proceso de renovación de la carga o proceso de
alimentación.
En particular para los motores diésel, son
conocidos desde la década de 1980 sofisticados sistemas
electrónicos para el control de los parámetros de funcionamiento
del mismo, mediante los cuales se consigue ahorrar combustible y
reducir la emisión de gases tóxicos a la atmósfera.
Por otro lado el cumplimiento de normativas cada
vez más restrictivas, sobre todo en el ámbito europeo, relativas a
la reducción de las emisiones contaminantes de los motores de
combustión interna, ha obligado a los fabricantes, sobre todo en el
ámbito de la industria de vehículos automóviles, a introducir
modificaciones en los elementos de dichos motores, con el objeto de
cumplir con los niveles de emisiones establecidos en dichas
normativas.
Una de estas modificaciones consiste en la
incorporación en los motores de combustión interna, tanto en el
caso de motores de gasolina como en el caso de motores diésel, de
un sistema o medios de recirculación de los gases resultantes de la
combustión, siendo habitualmente conocidos estos sistemas por sus
siglas en inglés como sistemas EGR, Exhaust Gas
Recirculation.
Estos sistemas de recirculación tienen como
objetivo principal conseguir una reducción de las emisiones de
óxido de nitrógeno y/o dióxido de nitrógeno (NOx), para lo cual se
basan en hacer recircular parte del gas resultante de la
combustión, introduciéndolo de nuevo en los cilindros del motor,
convenientemente mezclado con aire fresco o limpio, lo que
incrementa la capacidad calorífica de la mezcla, lo cual permite
reducir la temperatura pico de combustión. Dado que la formación de
NOx se produce a altas temperaturas, estos sistemas sirven para
limitar su generación.
Actualmente la práctica totalidad de los
vehículos automóviles con motores diésel comercializados,
destinados tanto al transporte de pasajeros como de mercancías así
como en el ámbito de la maquinaría pesada, comprende un sistema de
recirculación de gases como el anteriormente comentado.
No obstante, debido a su funcionamiento, estos
sistemas de recirculación implican una serie de condicionantes para
un aprovechamiento óptimo de los mismos que complican y encarecen
los motores, limitando en algunos casos su régimen operativo, con
los consiguientes inconvenientes, tal y como se expone a
continuación.
En primer lugar la mezcla del gas a recircular
procedente de la combustión con aire fresco, para la obtención de
gas recirculado que se introduce en los cilindros del motor, debe
efectuarse en el menor tiempo posible, es decir de la manera más
rápida posible, con el objeto de que la composición del gas
recirculado que se va a introducir en cada uno de los cilindros del
motor sea homogénea, es decir que la composición del gas
introducido en cada cilindro sea la misma en todos los cilindros
que comprenda el motor, o en todo caso lo más parecida posible.
En segundo lugar, la capacidad para conseguir
una recirculación de gas determinado, es decir un flujo o caudal de
gas recirculado suficiente, depende de la presión existente en el
colector de escape y de la presión existente en el colector de
admisión. Asimismo dicha capacidad de recirculación depende de las
características específicas y de los elementos de cada sistema de
recirculación considerando factores como las pérdidas de carga en
las conducciones o tuberías del sistema, así como otros elementos
como por ejemplo válvulas, por lo que en determinados casos la
cantidad de gas recirculado no es suficiente o al menos no es la
cantidad requerida para un funcionamiento óptimo del sistema de
recirculación.
Por último, teniendo en consideración que los
motores combustión interna actuales tienen un rango de operación
muy amplio, se requiere que el sistema de regulación del gas a
recircular permita controlar o regular la cantidad de gas
recirculado para cada régimen o condición de funcionamiento del
motor, más concretamente de su flujo o caudal y por lo tanto de
presión en la zona de entrada o admisión de gas a los
cilindros.
En la actualidad los dispositivos que comprenden
los sistemas de recirculación comprenden piezas fijas que no
permiten una regulación del flujo de gas que se desea hacer
recircular, salvo determinadas válvulas de EGR que encarecen el
motor e incrementan los costes de fabricación y mantenimiento del
mismo.
Un primer aspecto de la presente invención se
refiere a un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado
para motores de combustión interna, que permite reducir las
emisiones contaminantes de este tipo de motores, mejorar su
funcionamiento e incrementar su rendimiento adaptando el flujo o
caudal de gas recirculado a las condiciones o régimen de
funcionamiento del motor en cada momento, lo que permite reducir
los costes de producción de los motores, al integrar varios
elementos en un único dispositivo.
El dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado objeto de la invención comprende un conducto
convergente, que es una pieza hueca de revolución que tiene una
sección transversal variable a lo largo de su eje de revolución,
concretamente tiene una parte interior que comprende una zona
convergente, estando el extremo abierto próximo a dicha zona
convergente operativamente conectado por una zona de entrada con
una línea de admisión o sobrealimentación por la que circula el
aire que admite el motor.
Por otro lado el dispositivo comprende un
conducto divergente, que también es una pieza hueca de revolución,
cuyo interior tiene una zona divergente, estando operativamente
conectado por una zona de salida, próxima a la zona divergente, con
un colector de admisión, de forma que el dispositivo se sitúa en la
línea de admisión de los motores.
Se dispone asimismo de un conducto lateral que
se encuentra conectado al menos a un colector de escape y por el
que circula parte de los gases de escape generados dentro del
cilindro, en el proceso de combustión del motor. Dicho conducto
introduce los gases dentro de un volumen cilíndrico, de forma
tangencial, de manera que se induce en el gas introducido un
movimiento circular de rotación antes de ser mezclado con el gas de
admisión que circula por la parte convergente anteriormente
mencionada.
De este modo, en el dispositivo de la invención,
el conducto convergente tiene una función de tobera de un gas a
recircular procedente de la línea de admisión o sobrealimentación
del motor, mientras que el conducto divergente tiene una función de
un difusor de la mezcla, que comprende el gas a recircular
convenientemente mezclado con aire fresco, que se introduce en el
colector de admisión.
El eje de revolución del conducto convergente
está situado de forma paralela al eje de revolución del conducto
divergente, es decir están situados de manera enfrentada y paralela
separados por un determinado espacio, de forma que dichos conducto
convergente y conducto divergente están configurados para regular
el flujo de gas recirculado mediante su movimiento relativo, lo
que modifica el volumen del espacio de separación entre el conducto
convergente y el conducto divergente, permitiendo la adaptación del
flujo de gas recirculado en cada instante de acuerdo con las
condicione de funcionamiento del motor.
El espacio que descubre una abertura u orificio
que es variable en función de la separación existente entre el
conducto convergente y el conducto divergente.
Con el dispositivo de la invención se consigue
variar la sección de entrada de gas recirculado a la admisión del
motor mediante la variación de la distancia de separación de las
dos partes móviles del dispositivo, es decir del conducto
convergente y el conducto divergente. Así se consigue regular el
caudal o flujo de gas recirculado mediante el control y la
regulación de la pérdida de carga, es decir de presión, que se
produce en la zona de salida del dispositivo, que se corresponde
con la zona de entrada de gas recirculado al motor.
Así pues, de acuerdo con la invención descrita,
el dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado que la
invención propone constituye un avance en los dispositivos hasta
ahora utilizados y resuelve de manera satisfactoria la problemática
anteriormente expuesta en la línea reducir las emisiones
contaminantes, mediante un dispositivo que permite variar la
sección de entrada del flujo de gas a la admisión del motor
mediante la variación de la distancia de separación de las partes
móviles del dispositivo.
Asimismo, el dispositivo que la invención
propone cumple los condicionantes anteriormente expuestos y
resuelve de manera satisfactoria la problemática que plantean,
permitiendo una mejora en el funcionamiento y una reducción en las
emisiones contaminantes del motor, así como una reducción de los
costes de producción del mismo, al integrar varios elementos
necesarios en los sistemas de recirculación existentes hasta ahora
en un único dispositivo.
Por un lado, la utilización de una zona
convergente produce una aceleración del gas a recircular,
favoreciendo el proceso de mezcla con aire fresco. Además la
disposición de la entrada del gas recirculado ayuda a dicho proceso
de mezcla.
Por otro lado, con el dispositivo de la
invención se reduce la presión del gas a recircular a su salida de
la zona convergente debido a la aceleración producida, lo que
favorece la entrada de gas recirculado al motor, al encontrarse en
condiciones de presión inferiores en la zona de salida del
dispositivo, es decir en la parte de admisión del
motor.
motor.
Además la utilización de geometrías variables en
cuanto a la disposición de los dos conductos, convergente y
divergente, con la consecuente variación de la sección de paso del
gas recirculado, permite regular el flujo o caudal de gas a
recircular entre un límite máximo y mínimo para una determinada
condición de funcionamiento, a diferencia de los dispositivos hasta
ahora utilizados que comprenden piezas fijas que no permiten una
regulación del flujo de gas que se desea hacer recircular.
Preferentemente el eje de revolución del
conducto convergente coincide con el eje de revolución del conducto
divergente, lo que define un eje de alineación del dispositivo, que
evita pérdidas de presión indeseadas.
Se contempla como posibilidad que el dispositivo
de la invención comprenda un anillo móvil, situado en la parte
interna del conducto divergente, configurado para regular el flujo
de gas recirculado mediante su movimiento relativo, por ejemplo a
rosca, con respecto a dicho conducto divergente lo que modifica el
volumen del espacio de separación entre el conducto convergente y
el conducto divergente.
Por otro lado se contempla la posibilidad de que
el conducto convergente y el conducto divergente estén
configurados para cerrar totalmente el paso de gas recirculado,
estando situados en una posición en la que el conducto convergente
está en contacto con el conducto divergente, lo que impide la
entrada de aire fresco en el sistema de recirculación y de gas de
combustión en el conducto de admisión.
Por otro lado, un segundo aspecto de la presente
invención se refiere a un motor de combustión interna que
comprende un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado
de acuerdo con cualquiera de los dispositivos anteriormente
descritos.
Por último, un tercer aspecto de la presente
invención se refiere a un vehículo automóvil que comprende un motor
de combustión interna de acuerdo con el segundo aspecto de la
presente invención.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, una figura en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado una sección
longitudinal del dispositivo de la invención, en la que puede
apreciarse la posición relativa de los elementos que comprende,
habiéndose representado con flechas los flujos de gases en el
interior del dispositivo.
A la vista de la figura reseñada puede
observarse como en una de las posibles realizaciones del primer
aspecto de la invención, el dispositivo de regulación y mezcla de
gas recirculado para motores de combustión interna comprende un
conducto convergente (4), que es una pieza hueca de revolución que
tiene parte interior que comprende una zona convergente (5),
estando el extremo abierto próximo a dicha zona convergente (5)
operativamente conectado por una zona de entrada (6), bien a la
atmósfera, mediante una tubería de admisión de aire, o bien al
circuito de sobrealimentación de un motor en el caso de que se
trate de motores sobrealimentados.
Por otro lado el dispositivo comprende un
conducto divergente (1), que es una pieza hueca de revolución, cuyo
interior tiene una zona divergente (2), estando operativamente
conectado por una zona de salida (3), próxima a la zona divergente
(2), con el colector de admisión del motor.
Asimismo el dispositivo comprende un conducto
lateral (12), conectado a un volumen situado en una parte central
(13) del conducto divergente (1), estando conectado dicho conducto
lateral (12) con al menos a un colector de escape del motor. Por el
conducto lateral (12) se introduce gas de combustión en el
dispositivo. Este gas de combustión es forzado a realizar
movimientos circulares de rotación dentro del volumen interior de
la parte central (13), antes de ser mezclado con aire de admisión
(14), es decir con el aire de la zona de entrada (6).
El conducto convergente (4) tiene una función de
tobera del aire de admisión (14) procedente del ambiente o del
sistema de sobrealimentación, mientras que el conducto divergente
(1) tiene una función de un difusor de la mezcla de aire con gas
recirculado (10), que entra por un conducto lateral (12) al
dispositivo conectado con al menos un colector de escape. La mezcla
de aire con gas recirculado (10) sale del dispositivo por la zona
de salida (3) y se introduce en el colector de admisión.
El eje de revolución del conducto convergente
(4) coincide con el eje de revolución del conducto divergente (1),
definiendo un eje de alineación (8), de forma que el conducto
convergente (4) está situado de manera enfrentada al conducto
divergente (1), estando separados por un determinado espacio (7),
de forma que dichos conducto convergente (4) y conducto divergente
(1) están configurados para regular el flujo de gas recirculado
(10) mediante su movimiento relativo, lo que modifica el volumen
del espacio (7) de separación entre dicho conducto convergente (4)
y dicho conducto divergente (1), permitiendo la adaptación del
flujo de gas recirculado (10) en cada instante de acuerdo con las
condicione de funcionamiento del motor.
Asimismo el dispositivo comprende un anillo
móvil (11), situado en la parte interna del conducto convergente
(4), configurado para regular el flujo de gas recirculado (10)
mediante su movimiento relativo, a rosca, con respecto al conducto
convergente (4) lo que modifica el volumen del espacio (7) de
separación entre el conducto convergente (4) y el conducto
divergente (1).
El conducto convergente (4) y el conducto
divergente (1) están configurados para cerrar totalmente el paso de
gas recirculado (10), cuando están situados en una posición en la
que el conducto convergente (4) está en contacto con el conducto
divergente (1), lo que impide la entrada de aire fresco en el
sistema de recirculación, así como la entrada de gas recirculado al
conducto de admisión del motor.
Por otro lado, un segundo aspecto de la presente
invención se refiere a un motor de combustión interna que
comprende un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado
de acuerdo con cualquiera de los dispositivos anteriormente
descritos.
Por último, un tercer aspecto de la presente
invención se refiere a un vehículo automóvil que comprende un motor
de combustión interna de acuerdo con el segundo aspecto de la
presente invención.
A la vista de esta descripción y figura, el
experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la
invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples
maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido
descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero
para el experto en la materia resultará evidente que múltiples
variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones
preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.
Claims (6)
1. Dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado para motores de combustión interna,
caracterizado porque comprende:
- -
- un conducto convergente (4), cuyo interior tiene una zona convergente (5), estando operativamente conectado por una zona de entrada (6) a una línea de admisión o sobrealimentación de un motor,
- -
- un conducto divergente (1) cuyo interior tiene una zona divergente (2), estando operativamente conectado con un colector de admisión del motor por una zona de salida (3), estando operativamente conectado dicho conducto divergente (1), por una parte central (13), con un conducto lateral (12) que está operativamente conectado con al menos un colector de escape, estando configurada dicha parte central (13) para forzar a un gas a recircular (10) a realizar movimientos circulares de rotación antes de ser mezclado con aire de admisión (14) proveniente de la zona de entrada (6),
- -
- teniendo dicho conducto divergente (1) un eje de revolución que está situado de forma paralela a un eje de revolución del conducto convergente (4), y
- -
- estando configurados dichos conducto divergente (1) y conducto convergente (4) para regular un flujo de gas recirculado (10) mediante su movimiento relativo que modifica un volumen de un espacio (7) de separación entre el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1).
2. Dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado para motores de combustión interna, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el eje de revolución
del conducto convergente (4) coincide con el eje de revolución del
conducto divergente (1), definiendo un eje de alineación (8) del
dispositivo.
3. Dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado para motores de combustión interna, según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
comprende un anillo móvil (11), situado en la parte interna del
conducto convergente (4), configurado para regular el flujo de gas
recirculado (10) mediante su movimiento relativo con respecto a
dicho conducto convergente (4) que modifica un volumen del espacio
(7) de separación entre el conducto convergente (4) y el conducto
divergente (1).
4. Dispositivo de regulación y mezcla de gas
recirculado para motores de combustión interna, según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
conducto convergente (4) y el conducto divergente (1) están
configurados para cerrar el paso de gas recirculado (10), estando
situados en una posición en la que el conducto convergente (4) está
en contacto con el conducto divergente (1).
5. Motor de combustión interna,
caracterizado porque comprende un dispositivo de regulación
y mezcla de gas recirculado de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4.
6. Vehículo automóvil, caracterizado
porque comprende un motor de combustión interna de acuerdo con la
reivindicación 5.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200701226A ES2320960B1 (es) | 2007-04-30 | 2007-04-30 | Dispositivo de regulacion y mezcla de gas recirculado para motores de combustion interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehiculo automovil que comprende dicho motor. |
| PCT/ES2008/000298 WO2008132260A1 (es) | 2007-04-30 | 2008-04-30 | Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehículo automóvil que comprende dicho motor |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200701226A ES2320960B1 (es) | 2007-04-30 | 2007-04-30 | Dispositivo de regulacion y mezcla de gas recirculado para motores de combustion interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehiculo automovil que comprende dicho motor. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2320960A1 true ES2320960A1 (es) | 2009-05-29 |
| ES2320960B1 ES2320960B1 (es) | 2010-03-11 |
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| ES200701226A Active ES2320960B1 (es) | 2007-04-30 | 2007-04-30 | Dispositivo de regulacion y mezcla de gas recirculado para motores de combustion interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehiculo automovil que comprende dicho motor. |
Country Status (2)
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| WO (1) | WO2008132260A1 (es) |
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- 2007-04-30 ES ES200701226A patent/ES2320960B1/es active Active
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