ES2359307A1 - Colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado. - Google Patents
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Abstract
Colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado con cualquier número de cilindros entre 2 y 6 y dotado de un sistema de EGR que comprende: a) una carcasa exterior (21) que incluye unas bridas de unión (23, 25) a, respectivamente, la culata (13) del motor y la turbina (15) y una apertura hacia un conducto de salida EGR (27) y una pared interior (31) de baja inercia térmica delimitando una cámara de regulación (33) de los gases de escape que se introducen en ella, tras pasar por una trampa de partículas (45), a través de una pluralidad de orificios (35) ubicados en la pared interior (31); b) ramas interiores (41) de entrada de los gases de escape enfrentadas a las pipas de escape (17), c) un conducto de salida (59) de los gases de escape hacia la turbina (15) configurado como una prolongación de la pared interior (31).
Description
Colector de escape de un motor alternativo
turbo-sobrealimentado.
La presente invención se refiere a un colector
de escape de un motor alternativo
turbo-sobrealimentado con cualquier número de
cilindros entre 2 y 6 con trampa de partículas y recirculación de
gases de escape (EGR).
De entre los diversos problemas planteados por
los gases de escape de los motores Diesel
turbo-sobrealimentados cabe destacar, a los efectos
de la presente invención, los de su limpieza de partículas
carbonosas, los de su recirculación a la admisión del motor y los
relativos al aprovechamiento de su energía.
En la técnica anterior se conocen varias
propuestas para la limpieza de los gases de escape de motores Diesel
antes de descargarlos a la atmósfera tanto en lo relativo a la
eliminación de las partículas contaminantes carbonosas e
hidrocarburos que contienen como a la reducción del contenido de
óxidos de nitrógeno.
En cuando a la eliminación de partículas
contaminantes se conocen distintas propuestas que utilizan distintos
tipos de filtros. Una de ellas es la descrita en la patente EP 0 823
545 utilizando trampas de partículas y otra es la descrita en la
patente ES 2155646 utilizando, particularmente, filtros de tipo
"recogida por choque" en los que los agujeros de la malla son
de mayor tamaño que las partículas y en la que únicamente se atrapan
las partículas que chocan contra las paredes de la malla.
En cuanto a la reducción del contenido de óxidos
de nitrógeno, resulta bien conocida la técnica, referenciada
generalmente con las siglas EGR, de recircular al menos una fracción
de los gases del escape hacia el conducto de admisión del motor
conociéndose diversas propuestas concretas tanto en lo relativo al
diseño del circuito de recirculación como a la regulación y control
del flujo de gas que se hace recircular.
Finalmente, también se conocen distintas
propuestas para aprovechar la energía de los gases de escape en los
turbogrupos de los motores sobrealimentados.
Si bien la técnica conocida proporciona
soluciones eficaces para cada uno de los problemas individuales
mencionados, la industria del automóvil demanda continuamente
soluciones eficaces para la problemática señalada en su conjunto que
requieren un balance apropiado entre la pérdida de energía que se
produce inevitablemente en cualquier proceso de limpieza de los
gases de escape y el grado de aprovechamiento deseable de la energía
de los gases de escape en el turbogrupo.
La presente invención está orientada a la
satisfacción de esa demanda.
Un objeto de la presente invención es un
colector de escape de un motor Diesel de combustión interna, con
cualquier número de cilindros entre 2 y 6,
turbo-sobrealimentado y dotado de un sistema de EGR
que consiga contribuir simultáneamente a alcanzar un alto grado de
limpieza de los gases de escape y a lograr un alto grado de
aprovechamiento de su energía.
Otro objeto de la presente invención es un
colector de escape de un motor Diesel de combustión interna, con
cualquier número de cilindros entre 2 y 6,
turbo-sobrealimentado y dotado de un sistema de EGR,
que a su vez reduzca los fenómenos de inercia térmica y
fluidodinámica de los gases de escape en su tránsito hacia la
turbina y mejore la respuesta transitoria del motor
turbo-sobrealimentado.
Esos y otros objetos se consiguen proporcionando
un colector de escape que incluye al menos una trampa de partículas
para la retención de las partículas presentes en los gases de escape
que comprende:
a) Una carcasa exterior, que incluye unas bridas
de unión a, respectivamente, la culata del motor y la turbina y una
apertura hacia un conducto de salida EGR, y una pared interior
sensiblemente paralela a la zona de la carcasa exterior situada
entre dichas bridas y de menor inercia térmica que la carcasa
exterior, delimitando una cámara de regulación de los gases de
escape que se introducen en ella a través de una pluralidad de
orificios ubicados en dicha pared interior, aguas abajo de dicha al
menos una trampa de partículas.
b) Ramas interiores de entrada de los gases de
escape enfrentadas a las pipas de escape.
c) Un conducto de salida de los gases de escape
hacia la turbina configurado como una prolongación de la pared
interior.
En una realización preferente de la invención
varias trampas de partículas de reducido tamaño están encastradas en
la parte inicial de las ramas interiores. Se consigue con ello un
colector compacto que minimiza la superficie de transmisión de calor
con el exterior y el volumen en el que se expanden los gases de
escape al llegar al mismo. Ambos fenómenos reducen respectivamente
las pérdidas de calor y las pérdidas de energía cinética de los
gases de escape.
En otra realización preferente de la invención
una única trampa de partículas de tamaño estándar, para la
cilindrada del motor, está encastrada en un canal de filtrado
configurado en la parte final del colector antes del conducto de
salida. Se consigue con ello un colector de mayor volumen y
superficie de transmisión de calor pero que consigue que la entrada
de la trampa de partículas esté en el punto del colector donde la
temperatura y la uniformidad del flujo de gases de escape es máxima.
Por lo tanto, facilita la autoregeneración de la trampa de
partículas. Además, el tamaño de trampa de partículas requerido está
disponible comercialmente lo que abarata la fabricación del
sistema.
En otra realización preferente de la invención
el material de las trampas de partículas es un material cerámico. Se
consigue con ello un colector en el que se minimiza eficazmente las
pérdidas transitorias de calor de los gases de escape durante la
limpieza de sus partículas mejorando con ello la respuesta
transitoria del motor durante las aceleraciones del mismo.
En otra realización preferente de la invención,
la diferencia de espesor entre la carcasa exterior y la pared
interior es de, al menos, 1,5 mm, a igualdad de material, por
ejemplo acero inoxidable. Se consigue con ello un colector con baja
inercia térmica en su pared interna que proporciona un balance
apropiado entre la temperatura de los gases que se recirculan (EGR)
y la temperatura de los gases que se hacen llegar a la turbina.
En otra realización preferente de la invención,
el colector también comprende tubos unidos a la brida de unión a la
culata del motor que se introducen en las pipas de escape del motor
para evitar el contacto de los gases de escape con la culata. Se
consigue con ello un colector con gases de escape a más temperatura
y con un alto grado de eficiencia en el uso de la superficie útil de
la trampa de partículas para la limpieza de las partículas
contaminantes de los gases de escape cuando las trampas de
partículas están encastradas en la parte inicial de las ramas
interiores.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
realizaciones ilustrativas, y en ningún sentido limitativas, de su
objeto en relación con los dibujos que se acompañan.
La Figura 1 muestra una vista en sección
transversal de una primera realización de un colector de escape de
un motor alternativo turbo-sobrealimentado de 4
cilindros según la presente invención.
La Figura 2 muestra una vista en sección
transversal de una segunda realización de un colector de escape de
un motor alternativo turbo-sobrealimentado de 4
cilindros según la presente invención.
Los motores Diesel
turbo-sobrealimentados, con cualquier número de
cilindros entre 2 y 6, a los que se refiere la presente invención
disponen, como es bien conocido, de un conducto de admisión para la
alimentación de aire a los cilindros del motor y un conducto o
colector de los gases de escape resultantes de la combustión que
lleva los gases de escape hacia la turbina de un turbogrupo. Además
suele recircularse una cierta fracción de los gases de escape (EGR)
desde el colector de escape al conducto de admisión tras someterlos
a un proceso de enfriamiento, con el fin de reducir la cantidad de
emisiones de NOx.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un
colector de escape 11 según una primera realización preferente de la
presente invención dispuesto entre la culata 13 de un motor Diesel
de 4 cilindros de la topología mencionada y la turbina 15.
Los elementos básicos de la configuración del
colector de escape 11 en la realización preferente que estamos
describiendo son los siguientes:
- Una carcasa exterior 21 de 2,5 mm de espesor
realizada en fundición o acero inoxidable que incluye unas bridas de
unión 23, 25 a, respectivamente, la culata 13 del motor y la turbina
15 y una apertura hacia un conducto de salida 27 de los gases de
escape destinados a la recirculación (EGR) controlado por una
válvula de EGR 29.
- Una pared interior 31 de 1 mm de espesor
realizada en hierro o acero inoxidable sensiblemente paralela a la
zona de la carcasa exterior 21, situada entre las bridas 23, 25,
delimitando una cámara de regulación 33 del EGR que se introduce en
ella a través de, al menos, una serie de orificios o lumbreras 35 en
la pared interior 31. Una característica importante de la presente
invención es que la inercia térmica de la pared interior 31
(definiéndose inercia térmica como el producto de la densidad del
material por su calor específico) debe ser la más baja posible
compatible con la integridad del material y menor en todo caso que
la de la carcasa exterior 21. A igualdad de material se entiende que
la diferencia de espesor entre la carcasa exterior 21 y la pared
interior 31 debe ser de, al menos, 1,5 mm.
- Cuatro ramas de entrada 41 de los gases de
escape al colector 11, construidas de un espesor fino y con un
material de baja inercia térmica, enfrentadas a las cuatro pipas de
escape 17 del motor con trampas de partículas 45 encastradas en su
parte inicial. Las trampas de partículas 45 son de un material de
baja inercia térmica y, preferentemente, de un material
cerámico.
- Un conducto de salida 59 de los gases de
escape hacia la turbina 15 configurado como una prolongación de la
pared interior 31.
- Cuatro tubos 55 insertados en la parte recta
de las cuatro pipas de escape 17 del motor.
Con esa configuración se proporciona un colector
11 de estructura compacta con trampas de partículas 45 integradas,
con una pequeña superficie de transmisión de calor al exterior que
ayuda a conservar la temperatura de los gases de escape hasta su
llegada a la turbina 15 y con un pequeño volumen interno que reduce
fenómenos de inercia fluida de los gases de escape en su tránsito
hacia la turbina 15 y mejora la respuesta transitoria del motor
turbo-sobrealimentado debido a la reducción del
transitorio de aceleración del turbogrupo durante los aumentos de
carga del motor. Entre sus características técnicas y ventajas
destacables cabe señalar las siguientes:
a) Las trampas de partículas 45 encastradas en
las ramas de entrada 41 están situadas a la entrada del colector 11
justo a la salida de las pipas de escape 17 que son los conductos de
descarga de los cilindros fundidos en la culata 13 del motor y por
lo tanto aguas arriba de la turbina 15 en contraposición a una
posición aguas abajo de la turbina 15 que es la posición que cabe
considerar como estándar en la técnica anterior aunque también se
conocen colectores con trampas de partículas situadas aguas arriba
de la turbina 15.
La ubicación de las trampas de partículas 45 en
las cuatro ramas 41 permite aproximar la sección frontal de cada
trampa 45 a la sección geométrica de cada pipa de escape 17
consiguiendo con ello un aumento de la eficiencia en el uso del
área de filtrado de las trampas 45. A su vez, el hecho de que las
trampas de partículas 45 sean de un material con muy baja inercia
térmica hace que el transitorio térmico, hasta sus condiciones de
equilibrio, sea muy reducido en el tiempo y no represente una
limitación en la energía disponible en el turbogrupo y por lo tanto
en la respuesta transitoria del mismo durante los incrementos de
carga del motor. Se posibilita así mismo una
auto-regeneración de las trampas de partículas 45
mediante la autooxidación de las partículas de carbonilla y de
hidrocarburos atrapadas en ellas debido a la alta temperatura que
tienen los gases de escape a la salida de las pipas de escape 17 del
motor. La auto-regeneración evita el uso de aditivos
en el combustible, abaratando el mantenimiento y simplificando el
motor. La auto-regeneración también evita la
inyección de combustible para regenerar las trampas lo que mejora el
rendimiento medio del motor.
Por su parte, la situación de las trampas de
partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 y cerca de las pipas de
escape 17 del motor aumenta la contra presión de los cilindros
durante el periodo de descarga de las válvulas de escape. Esto
reduce el salto de presiones en las válvulas de escape y por lo
tanto reduce el periodo de tiempo en que se producen condiciones
sónicas en estas válvulas. La reducción del periodo en condiciones
sónicas hace que se reduzcan a su vez los importantes procesos de
laminación de energía que tienen lugar durante las condiciones
sónicas. Por lo tanto, se aumenta la energía disponible en los gases
de escape para ser aprovechada por la turbina 15 del grupo de
sobrealimentación. Esto redunda, por un lado, en una mejora de la
respuesta transitoria del turbo-grupo ante
incrementos de carga del motor. Por otro lado, en una mejora de la
eficiencia global del motor si la turbina está controlada con un
"waste-gate" (válvula que deriva los gases de
escape directamente aguas debajo de la turbina sin pasar por ésta)
ó es de geometría variable (como ocurre en prácticamente todos los
motores sobrealimentados modernos) y se logra que la turbina (o el
"waste-gate") trabajen en una posición más
abierta.
A su vez, la colocación de las trampas de
partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 reduce la contrapresión
del motor y aumenta el salto de entalpías en la turbina 15 y por lo
tanto también aumenta la energía que la turbina 15 puede recuperar.
Si la turbina está controlada por un
"waste-gate" o es de geometría variable este
hecho también redunda en una mejora del rendimiento global del
motor. La razón es que la laminación del flujo de gases que se
produce en las trampas de partículas 45 reduce la presión aguas
arriba de la turbina 15 pero menos que cuando la trampa está aguas
abajo de la turbina, debido a la mayor densidad de los gases de
escape en esta ubicación. Además, la laminación de los gases en la
trampa mantiene la entalpía de los gases de escape. Por lo tanto,
cuando éstos se expanden en la turbina 15, pueden hacerlo casi hasta
la presión atmosférica debido a que las trampas de partículas 45 se
han desplazado de su posición tradicional aguas abajo de la
turbina.
Adicionalmente, durante los procesos de
regeneración de las trampas de partículas se obtendrá una mayor
temperatura de los gases de escape aguas arriba de la turbina 15 y
por lo tanto mayor energía disponible en la misma, lo que redundará
en una mejora de la eficiencia y de la respuesta transitoria del
motor. La mayor temperatura de los gases de escape también ayudará
en los fenómenos catalíticos (producidos en el catalizador, situado
aguas abajo de la turbina 15) durante las fases de regeneración de
las trampas 45.
b) La configuración de doble pared aportada por
una carcasa exterior 21 convencional y una pared interior 31 de baja
inercia térmica permite la recirculación de gases de escape través
de la cámara de regulación 33. El EGR sale a través de los orificios
35 practicados en la pared interior 31 y ocupa la cámara 33
existente entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El EGR
será evacuado de esta cámara 33 a través de una electroválvula 29
controlada por la unidad de control del motor (ECU) y acoplada a un
conducto de salida 27 del colector 11. Los orificios 35 y el
conducto de salida 27 se sitúan en extremos opuestos del colector
11, los primeros en una posición próxima a la brida 25 y posterior
a la unión de las ramas del colector (representada en la Figura 1
por el punto 51), donde los gases de escape tienen una mayor
temperatura, y el segundo en una posición próxima a la brida 23, a
fin de que el flujo de EGR llene toda la cámara 33 entre la pared
interior 31 y la carcasa externa 21. El objeto de este llenado es
doble, lograr, por un lado, un primer grado de enfriamiento del EGR
en la cámara 33 y, por otro, calentar los gases de escape en el
interior de la cámara colectora formada por la pared 31.
Gracias a que el EGR se recircula desde una
posición aguas abajo de las trampas de partículas 45 y aguas arriba
de la turbina 15 se obtiene EGR a alta presión y limpio de
partículas. A su vez, el EGR está parcialmente refrigerado gracias
a su paso por la cámara 33 situada entre la carcasa externa 21 y la
pared interior 31. Ello posibilita la introducción del EGR en el
circuito de admisión, en un punto aguas abajo del compresor
centrífugo. La posibilidad de conectar la línea de EGR entre una
zona de alta presión y otra de baja presión permite producir tasas
muy elevadas de EGR como demandarán los motores futuros.
Por otra parte, la reducción de la inercia
térmica en la pared interior 31 del colector 11 y el aumento del
aislamiento térmico debido a la doble pared proporcionada por la
carcasa exterior 21 y la pared interior 31 contribuye a aumentar la
energía disponible en los gases de escape a la entrada de la turbina
15 tanto en las fases transitorias como en las fases estacionarias
del motor lo cual redunda, por una parte, en una mejora de la
respuesta dinámica del turbogrupo y por ende del motor durante los
transitorios y, por otra parte, en la mejora de la eficiencia global
del motor en el caso de turbinas de geometría variable ó con
"waste-gate"; siendo mayor o menor la mejora
según sea el control de la turbina 15. A su vez, el calentamiento de
la pared interior 31 del colector 11 en aquellas condiciones de
funcionamiento de motor en las que se abre la válvula EGR 29 y se
produce el flujo de EGR entre la pared interior 31 y la carcasa
externa 21 del colector 11 (mayoritariamente condiciones de bajo
grado de carga) aporta beneficios similares para la respuesta
transitoria y para el rendimiento del motor.
c) Los cuatro tubos 55 insertados en la parte
final de las pipas de escape 17 tienen una forma cónica divergente
en su zona de unión con la brida 23 con el objeto de distribuir los
gases de escape en toda la sección frontal de las trampas de
partículas 45, consiguiéndose con ello un aumento de su eficiencia
del filtrado.
d) La configuración del conducto de salida 59
como una proyección de la pared interior 31 permite prolongar la
doble pared dentro de la turbina 15 consiguiendo un efecto eyector
que dificulta los reflujos de gases hacia el conducto de salida 27
de EGR.
En la Figura 2 se ilustra una segunda
realización preferente de la invención cuya principal diferencia
con la realización que venimos de describir es que la trampa de
partículas 45 no está dividida en varias partes encastradas en la
ramas interiores 41 sino que se mantiene como un conjunto encastrado
en un canal de filtrado 61 configurado en la zona posterior del
colector 11 antes del conducto de salida 59.
Salvo en lo tocante a este aspecto los elementos
básicos de la configuración del colector de escape 11 en la
realización preferente que estamos describiendo son idénticos a la
configuración anterior.
Con esa configuración se proporciona un colector
11 con trampa de partículas 45 integrada en el punto 51 del
colector, dónde los gases de escape alcanzan la máxima temperatura
dentro del colector 11 y su flujo es más uniforme, lo cual facilita
la auto-regeneración de la trampa. No obstante, se
pierde la cualidad compacta que posee la configuración de la Figura
1, por lo que para mantener o mejorar la respuesta transitoria del
motor turbo-sobrealimentado, debido a la reducción
del transitorio de aceleración del turbogrupo durante los aumentos
de carga del motor, el colector 11 cuenta con el aislamiento térmico
que proporciona la cámara 33 y con la baja inercia térmica de la
pared interna 31 y del material cerámico de la trampa
45.
45.
Por lo tanto, entre sus características técnicas
y ventajas destacables cabe señalar las siguientes:
a) La trampa de partículas 45 encastrada en un
canal de filtrado 61 configurado en la zona posterior del colector
11 antes del conducto de salida 59 y por lo tanto aguas arriba de
la turbina 15 en contraposición a una posición aguas abajo de la
turbina 15 que es la posición que cabe considerar como estándar en
la técnica anterior aunque también se conocen colectores con trampa
de partículas situadas aguas arriba de la turbina 15.
La ubicación de una trampa de partículas 45,
única e íntegra, en el canal de filtrado 61 permite el uso de
trampas de partículas cerámicas estándar ampliamente
comercializadas, lo que abarata la construcción del sistema.
A su vez, el hecho de que la trampa de
partículas 45 sea de un material con muy baja inercia térmica hace
que el transitorio térmico, hasta sus condiciones de equilibrio, sea
muy reducido en el tiempo y no represente una limitación en la
energía disponible en el turbogrupo y por lo tanto en la respuesta
transitoria del mismo durante los incrementos de carga del motor. Se
posibilita así mismo una auto-regeneración de la
trampa de partículas 45 mediante la auto-oxidación
de las partículas de carbonilla y de hidrocarburos atrapadas en
ellas debido a la alta temperatura que tienen los gases de escape en
el punto 51 del colector. La auto-regeneración evita
el uso de aditivos en el combustible, abaratando el mantenimiento y
simplificando el motor. La auto-regeneración
también evita la inyección de combustible para regenerar las trampas
lo que mejora el rendimiento medio del
motor.
motor.
Por su parte, la colocación de la trampa de
partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 reduce la contrapresión
del motor y aumenta el salto de entalpías en la turbina 15 y por lo
tanto también aumenta la energía que la turbina 15 puede recuperar.
Si la turbina está controlada por un
"waste-gate" o es de geometría variable este
hecho también redunda en una mejora del rendimiento global del
motor. La razón es que la laminación del flujo de gases que se
produce en la trampa de partículas 45 reduce la presión aguas arriba
de la turbina 15 pero menos que cuando la trampa está aguas abajo de
la turbina, debido a la mayor densidad de los gases de escape en
esta ubicación. Además, la laminación de los gases en la trampa
mantiene la entalpía de los gases de escape. Por lo tanto, cuando
éstos se expanden en la turbina 15, pueden hacerlo casi hasta la
presión atmosférica debido a que la trampa de partículas 45 se ha
desplazado de su posición tradicional aguas abajo de la turbina.
Adicionalmente, durante los procesos de
regeneración de la trampa de partículas 45 se obtendrá una mayor
temperatura de los gases de escape aguas arriba de la turbina 15 y
por lo tanto mayor energía disponible en la misma, lo que redundará
en una mejora de la eficiencia y de la respuesta transitoria del
motor. La mayor temperatura de los gases de escape también ayudará
en los fenómenos catalíticos (producidos en el catalizador, situado
aguas abajo de la turbina 15) durante las fases de regeneración de
la trampa 45.
b) La configuración de doble pared aportada por
una carcasa exterior 21 convencional y una pared interior 31 de baja
inercia térmica permite la recirculación de gases de escape través
de la cámara de regulación 33. El EGR sale a través de los orificios
35 practicados en la pared interior 21 y ocupa la cámara 33
existente entre la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El EGR
será evacuado de esta cámara 33 a través de una electroválvula 29
controlada por la unidad de control del motor (ECU) y acoplada a un
conducto de salida 27 del colector 11. Los orificios 35 y el
conducto de salida 27 se sitúan en extremos opuestos del colector
11, los primeros en una posición próxima a la brida 25 y posterior a
la trampa de partículas 45 y el segundo en una posición próxima a la
brida 23, a fin de que el flujo de EGR llene toda la cámara 33 entre
la pared interior 31 y la carcasa externa 21. El objeto de este
llenado es doble, lograr, por un lado, un primer grado de
enfriamiento del EGR en la cámara 33 y, por otro, calentar los gases
de escape en el interior de la trampa 45 y de la cámara colectora
formada por la pared 31.
Gracias a que el EGR se recircula desde una
posición aguas abajo de la trampa de partículas 45 y aguas arriba de
la turbina 15 se obtiene EGR a alta presión y limpio de partículas.
A su vez, el EGR está parcialmente refrigerado gracias a su paso por
la cámara 33 situada entre la carcasa externa 21 y la pared interior
31. Ello posibilita la introducción del EGR en el circuito de
admisión, en un punto aguas abajo del compresor centrífugo. La
posibilidad de conectar la línea de EGR entre una zona de alta
presión y otra de baja presión permite producir tasas muy elevadas
de EGR como demandarán los motores futuros.
Por otra parte, la reducción de la inercia
térmica en la pared interior 31 del colector 11 y el aumento del
aislamiento térmico debido a la doble pared proporcionada por la
carcasa exterior 21 y la pared interior 31 contribuye a mantener o
aumentar la energía disponible en los gases de escape a la entrada
de la turbina 15 tanto en las fases transitorias como en las fases
estacionarias del motor lo cual redunda, por una parte, en
mantenimiento o mejora de la respuesta dinámica del turbogrupo y
por ende del motor durante los transitorios y, por otra parte, en la
mejora de la eficiencia global del motor en el caso de turbinas de
geometría variable ó con "waste-gate"; siendo
mayor o menor la mejora según sea el control de la turbina 15. A su
vez, el calentamiento de la pared interior 31 del colector 11 en
aquellas condiciones de funcionamiento de motor en las que se abre
la válvula EGR 29 y se produce el flujo de EGR entre la pared
interior 31 y la carcasa externa 21 del colector 11
(mayoritariamente condiciones de bajo grado de carga) aporta
beneficios similares para la respuesta transitoria y para el
rendimiento del motor.
c) Los cuatro tubos 55 insertados en la parte
final de las pipas de escape 17 contribuyen a aumentar la
temperatura de los gases de escape en el colector 11 al formar una
cámara ciega entre ellos y las paredes de las pipas de escape 17,
evitando el enfriamiento de los gases de escape al contactar con las
paredes de la culata 13. Los cuatro tubos 55 tienen una forma cónica
divergente en su zona de unión con la brida 23 con el objeto de
reducir las pérdidas de carga del flujo en el cambio de sección que
sufre al pasar de los tubos 55 a las ramas 41.
d) La configuración del conducto de salida 59
como una proyección de la pared interior 31 permite prolongar la
doble pared dentro de la turbina 15 consiguiendo un efecto eyector
que dificulta los reflujos de gases hacia el conducto de salida 27
de EGR.
En definitiva, cabe decir que el colector objeto
de la presente invención permite conseguir los siguientes efectos
sinérgicos:
- La disposición de la o las trampas de
partículas 45 aguas arriba de la turbina 15 y el mayor
aprovechamiento de la energía de los gases de escape en la turbina
que ello conlleva supone una mejora del consumo específico del motor
por un mejor aprovechamiento de los fenómenos
visco-elásticos de los gases de escape (menor
contrapresión neta para el motor y mayor expansión de los gases de
escape en la turbina).
- La ubicación encastrada de la o las trampas de
partículas 45 bien en las ramas interiores 41 del colector 11 en la
primera realización de la invención, bien en el canal de filtrado
61 en la segunda realización de la invención junto con la existencia
de la cámara 33 entre la carcasa exterior 21 y la pared interior 31
permite que salga del colector 11 un flujo de EGR por una parte
limpio de partículas y por la otra con un cierto grado de
enfriamiento.
- La cámara 33 entre la carcasa exterior 21 y la
pared interior 31 proporciona un alto grado de aislamiento de los
gases de escape que, tras pasar por las trampas de partículas 45,
llegan a la turbina 15 minimizando las pérdidas de temperatura lo
que supone una mejora tanto en la regeneración de las trampas de
partículas como en la cantidad de energía que se recupera en la
turbina 15.
Respecto a las realizaciones descritas de la
invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (8)
1. Colector de escape (11) de un motor Diesel de
combustión interna turbo-sobrealimentado con
cualquier número de cilindros entre 2 y 6 y dotado de un sistema de
EGR, que incluye al menos una trampa de partículas (45) para la
retención de las partículas presentes en los gases de escape,
caracterizado porque comprende:
a) una carcasa exterior (21) que incluye unas
bridas de unión (23, 25) a, respectivamente, la culata (13) del
motor y la turbina (15) y una apertura hacia un conducto de salida
EGR (27) y una pared interior (31), sensiblemente paralela a la zona
de la carcasa exterior (21) situada entre las bridas (23, 25) y de
menor inercia térmica que la carcasa exterior (21), delimitando una
cámara de regulación (33) de los gases de escape que se introducen
en ella a través de una pluralidad de orificios (35) ubicados en la
pared interior (31) aguas abajo de dicha al menos una trampa de
partículas (45);
b) ramas interiores (41) de entrada de los gases
de escape enfrentadas a las pipas de escape (17);
c) un conducto de salida (59) de los gases de
escape hacia la turbina (15) configurado como una prolongación de la
pared interior (31).
2. Colector de escape (11) según la
reivindicación 1, caracterizado porque incluye trampas de
partículas (45) encastradas en la parte inicial de cada una de las
ramas interiores (41).
3. Colector de escape (11) según la
reivindicación 1, caracterizado porque incluye una trampa de
partículas (45) encastrada en un canal de filtrado (61) configurado
en la parte final del colector (11) antes del conducto de salida
(59).
4. Colector de escape (11) según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, caracterizado
porque el material de las trampas de partículas (45) es un material
cerámico.
5. Colector de escape (11) según cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, caracterizado
porque, a igualdad de material, la diferencia de espesor entre la
carcasa (31) y la pared interior (21) es de, al menos, 1,5 mm.
6. Colector de escape (11) según cualquiera de
las reivindicaciones 1-5, caracterizado
porque también comprende tubos (55) unidos a la brida (23) que se
introducen en las pipas de escape (17) para evitar el contacto de
los gases de escape con la culata (13) y facilitar su entrada al
colector (11).
7. Colector de escape (11) según cualquiera de
las reivindicaciones 1-6, caracterizado
porque dichos orificios (35) están situados en las proximidades de
la brida (25) de unión con la turbina (15).
8. Colector de escape (11) según cualquiera de
las reivindicaciones 1-7, caracterizado
porque dicho conducto de salida de EGR (27) está situado en las
proximidades de la brida (23) de unión con la culata (13).
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