ES2337464T3 - Procedimento para la recirculacion de gases de escape en un dispositivo motor de combustion interna y el dispositivo motor de combustion interna relacionado. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la recirculación de los gases de escape a un motor diésel turbocomprimido que comprende un conducto de admisión de aire dotado con un compresor y un conducto de gas de escape dotado con una turbina, dicho procedimiento comprende las siguientes etapas: a) extracción de una porción de los gases de escape provenientes del motor en un punto en el conducto de escape entre el motor y la turbina; b) refrigeración de la totalidad de dicha porción por transferencia de calor al fluido de refrigeración del motor en un refrigerador alimentado con el fluido de refrigeración del motor para así provocar la condensación, en la cual dicho fluido proveniente de un radiador primero se suministra a dicho refrigerador y después al motor; c) separación del condensado de dicha porción; d) reintroducción de dicha porción en el motor en el conducto de admisión en un punto entre el compresor y el motor, caracterizado por el hecho de que están previstas la etapa de extracción de partículas de dicha porción de gases de escape antes de la etapa b) y por el hecho de que la refrigeración de dicha porción de gases de escape se hace por debajo de 70ºC.
Description
Procedimiento para la recirculación de gases de
escape en un dispositivo motor de combustión interna y el
dispositivo motor de combustión interna relacionado.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la recirculación de los gases de escape en un
dispositivo motor diésel turbocomprimido para uso en un vehículo
industrial y un dispositivo motor que comprende un motor diésel
La recirculación de gas de escape, o EGR, es
práctica común en el campo de los motores de combustión interna,
especialmente en motores diésel En este sistema una porción de los
gases de escape del motor se recirculan curso arriba del motor y se
reintroducen en las cámaras de combustión con el aire de admisión.
Esto permite descender la temperatura de combustión y conduce a una
formación reducida de óxidos de nitrógeno, uno de los mayores
contaminantes en las emisiones de motores de combustión interna.
Un problema relacionado con este procedimiento
es que los gases de escape contienen un número de componentes
(vapor de agua, ácidos, partículas) que pueden causar corrosión y
desgaste y tener como resultado la acumulación de depósitos en las
partes del motor con las cuales entran en contacto. Por esta razón,
normalmente se evitan las condiciones bajo las cuales el gas
recirculado podría condensar, y la recirculación tiene lugar a
temperaturas elevadas a las cuales se extrae el gas. Esta solución
es insatisfactoria debido al hecho que dichos componentes se
reintroducen en el motor, con el riesgo de causar de cualquier
manera los problemas descritos anteriormente; además, se recirculan
normalmente grandes cantidades de gas, de manera que las
temperaturas elevadas de dichos gases recirculados, especialmente
cuando dichos gases se sacan curso arriba de las turbinas en el
conducto de gas de escape, como en los motores turbocomprimidos,
pueden elevar la temperatura del aire que está siendo suministrada
al motor, lo cual es desventajoso respecto a la formación de óxidos
de nitrógeno.
El documento US 4 055 158 describe un motor de
encendido por bujía donde se recircula el gas de escape, y los
gases de escape se enfrían, y está prevista una trampa de condensado
tras el refrigerador.
El documento US 6 301 887 describe un sistema
EGR aplicado en el lado de baja presión del compresor y turbina en
un motor turbocomprimido. La condensación y la extracción del
condensado están previstos en un intercambiador situado en el
conducto de admisión tras el compresor.
El documento US 6 367 256 divulga un
procedimiento para EGR que tiene las características de la porción
de precaracterizado de la reivindicación 1 y divulga un motor con
medios para la EGR.
No se conoce sistema para proporcionar una
refrigeración adecuada de los gases EGR y una extracción sustancial
de las sustancias potencialmente dañinas en presencia de
recirculación entre los lados de alta presión de la turbina y el
compresor en un motor turbocomprimido.
Los problemas descritos anteriormente han sido
resueltos ahora mediante un procedimiento para la recirculación de
los gases de escape en un motor de combustión interna diésel
turbocomprimido que comprende un conducto de admisión de aire
dotado con un compresor y un conducto de gas de escape dotado con
una turbina, el procedimiento comprende las siguientes etapas:
- a)
- extracción de una porción de los gases de escape provenientes del motor en un punto en el conducto de escape entre el motor y la turbina;
- b)
- refrigeración de la totalidad de dicha porción por transferencia de calor al fluido de refrigeración del motor en un refrigerador alimentado con el fluido de refrigeración del motor para así provocar la condensación, en la cual dicho fluido proveniente del radiador primero se suministra a dicho refrigerador y después al motor;
- c)
- separación del condensado de dicha porción;
- d)
- reintroducción de dicha porción en el motor en el conducto de admisión en un punto entre el compresor y el motor,
caracterizado por el hecho de que están
previstas las etapas de extracción de partículas de dicha porción
de gases de escape antes de la etapa b) y por el hecho de que la
refrigeración de dicha porción de gases de escape se hace por
debajo de 70ºC.
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La invención también se refiere a un dispositivo
motor que comprende un motor diésel, un conducto de admisión de
aire a dicho motor dotado con un compresor, un conducto de gas de
escape de dicho motor dotado con una turbina, un conducto de
recirculación de gas de escape conecta dicho conducto de escape
entre dicho motor y dicha turbina con dicho conducto de admisión
entre dicho compresor y dicho motor y adecuado para trasladar gas
desde dicho conducto de escape a dicho conducto de admisión,
comprendiendo un refrigerador en dicho conducto de recirculación,
dotado con dispositivos para separar el condensado, dicho
refrigerador estando conectado a un circuito para el fluido de
refrigeración del motor de tal forma que el fluido proveniente de un
radiador situado en dicho circuito puede ser suministrado primero a
dicho refrigerador y después al motor caracterizado por el hecho de
que hay provista una trampa de partículas curso arriba de dicha
refrigeración.
La invención se ilustrará ahora a través de una
descripción detallada de realizaciones preferidas pero no
exclusivas, facilitadas simplemente a modo de ejemplo, con la ayuda
de la figura 1 que se adjunta y que ilustra el esquema de una
planta motriz de acuerdo con esta invención
La descripción se refiere a la figura 1, que
ilustra el esquema de un dispositivo motor, que puede ser el
dispositivo motor de un vehículo industrial de acuerdo con la
invención; el dispositivo motor comprende un motor de combustión
interna 1, generalmente un motor diésel, un conducto de admisión de
aire 2 al motor, que recibe aire del exterior, y el conducto de gas
de escape 3 que puede comprender un colector 4. Hay preferentemente
una unidad de compresión 5 que comprende el compresor del
turbocompresor 6 en el conducto de admisión, accionado por la
turbina 7 en el conducto de gas de escape. Puede haber diversas
unidades de compresión en serie, como es conocido en la técnica
anterior (motor turbocomprimido en multi-etapas). En
el caso de un motor turbocomprimido, normalmente hay uno o más
refrigeradores como el refrigerador 9 en el conducto de
admisión.
El conducto de recirculación 8 saca una porción
de los gases de escape provenientes del motor (esta porción puede
ser por ejemplo hasta un 50 % del total de los gases de escape) y
reintroduce dicha porción en el conducto de admisión.
Los gases de escape pueden trasladarse de forma
espontánea si la presión de los gases que salen del motor 1 es
mayor que la presión de admisión. Si esta condición no se mantiene
de forma continua hay generalmente una válvula de control 10 (por
ejemplo una válvula de lámina), que puede preverse en cualquier
caso. Si, como ocurre frecuentemente, la presión de admisión del
motor es mayor que la presión de escape, o si se considera
necesario, a fin de incrementar o controlar la relación de
recirculación, se pueden incluir medios específicos de circulación
11, tales como un compresor. Dichos medios pueden accionarse por un
motor eléctrico o de cualquier otra manera apropiada.
En el conducto 8 hay un tipo apropiado de
refrigerador 12, que por ejemplo tiene todas las piezas, que deben
entrar en contacto con gases y condensado, anticorrosión; por
ejemplo, dichas piezas pueden revestirse con un tipo apropiado de
material, tal como Teflón.
El dispositivo motor incluye preferentemente
dispositivos para separar el condensado. Dicho dispositivos pueden
formar parte del refrigerador 12 y ser del tipo por inercia. El
refrigerador y el separador pueden ser del tipo convencional. Por
ejemplo, puede usarse un refrigerador en el cual los gases
recirculados fluyen a través del lado de la estructura y un fluido
de refrigeración a través del lado del tubo. Se puede lograr la
separación del condensado mediante la pérdida de velocidad debida a
un incremento de la sección transversal del conducto, recogiéndose
el líquido en la base de la estructura. Puede haber deflectores para
desviar el flujo de gas a fin de facilitar la separación, y el
sistema puede comprender una sección específica de separación antes
de que el gas salga de la estructura, con deflectores o separadores
centrífugos. El gas recirculado además puede fluir a través del
lado del tubo a una cámara específica de separación. Ésta y otras
soluciones, con el separador formando parte del refrigerador o como
una unidad separada, pueden aplicarse fácilmente de acuerdo con las
condiciones específicas de funcionamiento y los resultados que se
vayan a lograr.
De acuerdo con esta invención, el gas que fluye
a través del conducto de recirculación es refrigerado a una
temperatura a la cual se puede lograr la separación de condensado.
Por ejemplo, bajo condiciones normalmente presentes en motores
turbocomprimidos, tales como el que se ilustra aquí (con una presión
de escape del motor de aproximadamente 2,8 bar absolutos curso
arriba de la turbina 7), dicha temperatura puede ser inferior a
95ºC y preferentemente no superior a 70ºC. La refrigeración puede
efectuarse mediante la transferencia de calor a un fluido
apropiado; por ejemplo, se puede suministrar al refrigerador 12 agua
de refrigeración del motor proveniente del motor. De acuerdo con
una posible realización de la invención, el agua del radiador
primero se suministra al refrigerador 12 y entonces al motor 1, a
fin de asegurar la refrigeración adecuada de los gases
recirculados. El dispositivo de acuerdo con la invención comprende
un circuito de refrigeración del motor que comprende un radiador
para enfriar un fluido (preferentemente agua) contenido en dicho
circuito y que circula a través del refrigerador 12. El condensado
puede descargarse del refrigerador de forma apropiada. Por ejemplo,
puede haber un conducto de descarga 13 a través del cual el
condensado se descarga en el conducto de escape 3 curso abajo de la
(s) turbina (s) 7 sacando provecho de la diferencia natural de
presión entre el refrigerador y el conducto 3 curso abajo de la
turbina. La relación de flujo de condensado puede controlarse por
medio de una válvula apropiada o mediante el uso de un descargador
convencional de condensado 14 instalado en una posición apropiada
en la base del refrigerador o en el conducto de escape. El
condensado puede descargarse a intervalos regulares o de acuerdo
con la cantidad de condensado que se ha recogido. El sistema de
descarga puede consistir además en un orificio simple y
dimensionado apropiadamente.
Las partículas se extraen preferentemente del
gas recirculado curso arriba del refrigerador, por ejemplo por
medio de una trampa 15 en el conducto 8. En vista de las elevadas
temperaturas de los gases, la trampa 15 es preferentemente del tipo
que es capaz de resistir elevadas temperaturas, tal como una trampa
metálica, por ejemplo. El procedimiento de acuerdo con esta
invención permite reducir el contenido de algunos componentes (que
son normalmente un producto de combustión) que se encuentran en
gases de recirculación y son potencialmente dañinos para el motor y
otras piezas (por ejemplo ácido sulfúrico y nítrico). La temperatura
baja de recirculación es ventajosa porque permite que descienda la
temperatura dentro de las cámaras de combustión, lo cual conduce a
una formación reducida de contaminantes (tal como óxidos de
nitrógeno), y mejora la eficiencia del llenado de la cámara de
combustión y de este modo el rendimiento del motor.
Claims (2)
1. Procedimiento para la recirculación de los
gases de escape a un motor diésel turbocomprimido que comprende un
conducto de admisión de aire dotado con un compresor y un conducto
de gas de escape dotado con una turbina, dicho procedimiento
comprende las siguientes etapas:
- a)
- extracción de una porción de los gases de escape provenientes del motor en un punto en el conducto de escape entre el motor y la turbina;
- b)
- refrigeración de la totalidad de dicha porción por transferencia de calor al fluido de refrigeración del motor en un refrigerador alimentado con el fluido de refrigeración del motor para así provocar la condensación, en la cual dicho fluido proveniente de un radiador primero se suministra a dicho refrigerador y después al motor;
- c)
- separación del condensado de dicha porción;
- d)
- reintroducción de dicha porción en el motor en el conducto de admisión en un punto entre el compresor y el motor,
caracterizado por el hecho de que están
previstas la etapa de extracción de partículas de dicha porción de
gases de escape antes de la etapa b) y por el hecho de que la
refrigeración de dicha porción de gases de escape se hace por
debajo de 70ºC.
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2. Dispositivo motor que comprende un motor
diésel (1), un conducto de admisión de aire (2) a dicho motor
dotado con un compresor (6), un conducto de gas de escape (3) de
dicho motor dotado con una turbina (7), un conducto de
recirculación de gas de escape (8) conecta dicho conducto de escape
entre dicho motor y dicha turbina con dicho conducto de admisión
entre dicho compresor y dicho motor y adecuado para trasladar gas
desde dicho conducto de escape a dicho conducto de admisión,
comprendiendo un refrigerador (12) en dicho conducto de
recirculación, dotado con dispositivos para separar el condensado,
dicho refrigerador estando conectado a un circuito para el fluido
de refrigeración del motor de tal forma que el fluido proveniente de
un radiador situado en dicho circuito puede ser suministrado
primero a dicho refrigerador y después al motor caracterizado
por el hecho de que hay provista una trampa de partículas (15)
curso arriba de dicho refrigerador.
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