MXPA00008816A - Dispositivo anti-ingestion - Google Patents

Abstract

Un dispositivo anti-ingestión para usarse con un motor, preferiblemente un motor marino. El dispositivo comprende un múltiple de escape (20) o sistema elevador para dejar escapar los gases del motor, en donde el múltiple de escape (20) tiene un primer extremo (22) y un segundo extremo (24), y el primer extremo (22) estáconectado a una cabeza de cilindro (12). Existe una válvula de alivio de presión de una dirección (30) teniendo un primer extremo (32) y un segundo extremo (34), en donde el primer extremo (32) estáacoplado al múltiple de escape (20) y el segundo extremo (34) estáexpuesto a presión atmosférica. Una línea de entrada de aire (40) estáacoplada al segundo extremo (34) de la válvula de alivio de presión de una dirección (30), de manera que la línea de entrada de aire (40) sirve como un conducto para guiar la presión atmosférica hacia la válvula de alivio de presión de una dirección (3), proporcionando asípresión atmosférica para el paso hacia el múltiple de escape (20).

Description

DISPOSITIVO ANTI -INGESTIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a motores marinos, y más particularmente, a sistemas de escape para motores marinos.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Los motores marinos típicamente utilizan sistemas de escape enfriados con agua, en los cuales el agua que ya circula a través del sistema de enfriamiento de los motores es utilizada para enfriar tuberías de escape y para reducir las temperaturas del compartimiento del motor. Para lograr esto, la mayoría de los motores marinos utilizan tuberías de pared doble con el escape pasando a través del interior de la tubería y el agua de enfriamiento gastada fluyendo en la cavidad entre las dos tuberías. En algún punto en el sistema, la pared interna termina y el agua y el escape se mezclan y salen, conjuntamente, del sistema de escape. Es importante que el agua y las partículas del escape salgan del sistema, en lugar de ser ingeridas en el motor para evitar el fenómeno conocido como hidro-cierre. El hidro-cierre es esencialmente la ingestión de agua en los cilindros del motor. Ya que el agua no puede ser comprimida o encendida, los pistones esencialmente se "cierran" y el motor se agarrota. En un motor de combustión interna, el aire y el escape se mueven en una forma inestable debido a muchos factores, tales como el abrir y cerrar de válvulas de admisión y de escape, diferentes posiciones de regulador, presiones y temperaturas en el motor continuamente cambiando, patrones de forma y flujo del sistema de escape. La nomenclatura convencional para este fenómeno es la "dinámica de gas inestable". Dentro del sistema de canalización o tubería de motores de combustión interna, existen dos tipos de ondas de amplitud finita que pueden ocurrir, una onda de compresión y una onda de expansión. Una válvula de compresión siempre es una onda de presión positiva con una presión mayor que la presión atmosférica y una onda de expansión tiene una presión menor que la presión atmosférica. Las ondas de compresión siempre mueven partículas en la dirección de su propagación y las ondas de expansión siempre mueven partículas en la dirección opuesta a su propagación. Las ondas de presión y las ondas de partícula no necesariamente se mueven a la misma velocidad. En un motor de combustión interna, cuando la válvula de escape se abre y el pistón está sobre la carrera de escape, se forma una onda de compresión que se mueve desde la válvula de escape hacia el extremo de la tubería de escape y subsecuentemente hacia la atmósfera. A medida que la onda de compresión deja la tubería de escape, se forma una expansión reflejada que se mueve hacia la válvula de escape. Como se explicó previamente, esta onda de expansión mueve partículas en forma opuesta a la dirección de recorrido de la onda, de manera que el flujo de partículas es hacia el extremo abierto de la tubería o el extremo de salida del sistema de escape hacia la atmósfera. En un motor de combustión interna óptimamente sintonizado, tanto las ondas de compresión como las ondas de expansión pueden afectar y contribuir al movimiento de partículas de escape. En el caso de motores marinos, estas ondas contribuyen para mover la mezcla de agua de enfriamiento gastada y partículas de gas de escape a medida que viajan dentro del sistema de escape fuera del sistema de escape. Por lo tanto, en un motor de combustión interna, se puede decir que las partículas de gas de escape y el agua de enfriamiento gastada se mueven fuera de la tubería de escape del motor de combustión interna hacia el ambiente submarino debido al fenómeno que las ondas de compresión moverán las partículas en la dirección de propagación y las ondas de expansión moverán las partículas en la dirección opuesta a su propagación. Este fenómeno ocurre en una tubería con aberturas en ambos extremos (es decir, con una tubería de escape abierta al ambiente submarino en un extremo y con una válvula abierta hacia la cámara de combustión en el otro extremo). Durante la operación de combustión interna correctamente diseñada, a condiciones de estado estable, las ondas de expansión pueden propagarse hacia la válvula de escape cuando se abre. La expansión de presión negativa en realidad mejora el flujo de escape del cilindro de combustión durante la carrera de escape, cuando la condición de presión negativa encuentra la presión positiva siendo generada por la acción del pistón. Esto permite que las partículas de gas continúen moviéndose fuera del motor, hacia el extremo de la tubería de escape, y después hacia la atmósfera. Este fenómeno es básicamente equilibrado en el motor cuando corre a un esta casi estable (es decir, cuando la aceleración o desaceleración no es radical). Sin embargo, cuando el regulador es cerrado rápidamente de la rpm alta, existe un tiempo de "retraso" en el sistema de escape, en donde las ondas de expansión previamente creadas están viajando. Durante este tiempo de retraso, la válvula de escape no se abre en concierto con las ondas de expansión de regreso. En esta condición, la válvula de escape se comporta como una tubería extrema cerrada y las ondas de expansión reflejan y cambian la dirección. Este cambio en la dirección cambia la dirección tanto de la onda de presión negativa de expansión como el movimiento de partícula de gas. En lugar de que las partículas de gas se muevan hacia la atmósfera (contra la onda de expansión) a través del extremo de la tubería de escape, éstas se mueven hacia la válvula de escape cerrada (otra vez en la dirección opuesta de la onda de expansión). Además, cuando la onda de expansión llega al extremo de la tubería (y de esta manera a la atmósfera), refleja de regreso a medida que la onda de compresión se está moviendo en forma opuesta a la dirección deseada. Ambas ondas entonces dirigen el flujo de partículas de regreso hacia la válvula de escape. Este fenómeno ocasionará que las partículas de gas y el agua, en la corriente de escape, se muevan hacia el múltiple, la válvula y el cilindro hacia la tubería de escape previamente seca. Si el motor es acelerado o desacelerado (típicamente sólo desacelerado) ocasionando rápidamente una reversa en la dinámica de gas deseada, existe un potencial para que suficiente agua sea introducida en el múltiple de escape, por lo que puede ocurrir un hidro-cierre del motor. Dicha ocurrencia puede dar como resultado una falla severa o catastrófica del motor. Los fabricantes de motores marinos no han diseñado una solución completamente capaz para este problema y los propietarios de botes normalmente se enfrentan con el reemplazo de motores que han ingerido agua en tal forma. Las técnicas de diseño actuales incrementan la altura del elevador de escape en un esfuerzo para tener más cabeza de succión en el elevador que el producido por la onda de presión negativa. Esto no dirige el problema básico de ingestión de agua, sino que solamente crea una distancia mayor para que el agua viaje antes de entrar a la válvula de escape. Otra técnica es formar un cambio repentino en el área transversal de la tubería de escape justo después de que el agua y el escape se mezclen, en un esfuerzo para reflejar la onda de expansión de regreso al extremo de escape abierto, antes del agua y el flujo de partículas lleguen al área de válvula de escape. Estos métodos han limitado el éxito en el pasado, debido enormemente a las limitaciones en la altura del compartimiento del motor disponible de los fabricantes de botes y un área insuficiente disponible para la reflexión de la onda. Otro problema que es encontrado por los propietarios de botes es que cuando un motor carburado es pagado, la acción de girar la llave a la posición de apagado abre el circuito a la bobina de ignición, eliminando así la chispa de la bujía. El motor después desciende con el motor desembragado a un tope. Durante este período de descenso con el motor desembragado, el aire y combustible siguen siendo extraídos a través del motor y el combustible de partida y el aire son extraídos hacia el sistema de admisión en el cilindro y después expulsado hacia el sistema de escape. Por lo general, debido al bajo contenido de octano en el combustible o un punto caliente en la cámara de combustión, el motor será de "diesel" o correrá hacia atrás justo antes de llegar a una parada. El motor puede correr hacia atrás a varias revoluciones hasta que el combustible de partida, en el sistema de escape, se agota. Aunque el motor esté corriendo hacia atrás, el sistema de escape asume el papel de un sistema de admisión y el aire en el sistema de escape es jalado hacia el cilindro junto con el agua en el sistema de escape, ocasionando así que el motor sea hidro-cerrado.

Por consiguiente, existe la necesidad en la técnica de un dispositivo anti-ingestión, el cual pueda ser utilizado junto con un motor de combustión interna para evitar confiablemente el regreso del flujo de agua y partículas hacia el múltiple de admisión.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De esta manera, la presente invención está dirigida a un dispositivo anti-ingestión. Es una ventaja principal de la presente invención evitar el regreso del flujo de agua y materia en partículas extrañas hacia un motor. Las características y ventajes adicionales de la invención ser establecerán en la descripción que sigue, y en parte serán evidentes a partir de la descripción, o pueden ser aprendidas por la práctica de la invención. Los objetos y otras ventajas de la invención ser obtendrán a través del aparato particularmente señalado en la descripción escrita y sus reivindicaciones, así como los dibujos anexos. Para lograr estas y otras ventajas y, de acuerdo con el propósito de la invención, según modalizada y ampliamente descrita, la invención consiste de un dispositivo anti-ingestión para usarse como un motor, preferiblemente un motor marino. El dispositivo comprende un múltiple de escape y un sistema elevador de escape para expulsar los gases del motor, en donde el múltiple de escape tiene un primer extremo y un segundo extremo, y el primer extremo está conectado a una cabeza de cilindro. Existe una válvula de alivio de presión de una dirección que tiene un primer extremo y un segundo extremo, en donde el primer extremo está acoplado al múltiple de escape o al elevador de escape, y el segundo extremo está expuesto a la presión atmosférica. Una línea de entrada de aire está acoplada al segundo extremo de la válvula de alivio de presión de una dirección, de manera que la línea de entrada de aire sirve como un conducto para guiar la presión atmosférica hacia la válvula de alivio de presión de una dirección, proporcionando así una presión atmosférica para el paso hacia el múltiple de escape. Es un objeto de la presente invención proveer un dispositivo ara evitar el flujo de agua de regreso y de material en partículas extrañas hacia un motor marino. Es otro objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo para evitar el flujo de agua de regreso y materia en partículas extrañas hacia un motor marino, por lo que el dispositivo no afecta la presión dentro de la sección de combustión del motor. Estos y otros objetos de la presente invención serán más fácilmente aparentes después de una revisión adicional de la siguiente especificación y dibujos. Se debe entender que tanto la descripción general anterior y la siguiente descripción detallada son ilustrativas y de explicación y están destinadas a proporcionar más explicación de la invención, como se reclama. Se incluyen los dibujos anexos para proporcionar un entendimiento adicional de la invención y se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación, ¡lustran varias modalidades de la invención y junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista frontal de un motor marino con el dispositivo anti-ingestión de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 es una vista en explosión del dispositivo antiingestión de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 es una vista en sección transversal de la válvula de alivio de presión de una dirección de la presente invención. Los caracteres de referencia similares denotan aspectos correspondientes consistentemente a través de los dibujos anexos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Ahora se hará referencia con detalle a la modalidad de la invención preferida, un ejemplo de la cual se ilustra en los dibujos anexos. La modalidad ilustrativa del dispositivo anti-ingestión se muestra en las Figuras 1 y 2 y está designado generalmente con el número de referencia 5. Como se modaliza en la presente y haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, el dispositivo de anti-ingestión 5 está unido a un motor marino 10 en el múltiple de escape 20, o alternativamente en el sistema de elevador de escape, teniendo un primer extremo o admisión 22 y un segundo extremo o salida 24 para dejar escapar los gases del motor, una válvula de alivio de presión de una dirección 30, teniendo un primer extremo o salida 32 y un segundo extremo o entrada 34, y una línea de entrada de aire 40. el motor marino 10 y su múltiple de escape 20 pueden ser de cualquier variedad, pero de preferencia se enfría mediante agua fresca circulando a través del bloque de motor y la cabeza de cilindro 12. El primer extremo 22 del múltiple de escape 20 está conectado a la cabeza de cilindro 12. Se prefiere que el primer extremo 32 de la válvula de alivio de presión de una dirección 30 esté acoplado al múltiple de escape 20 y el segundo extremo 34 es expuesto a presión atmosférica. Alternativamente, el primer extremo 32 de la válvula de alivio de presión de una dirección 30 está acoplado al elevador de escape. Preferiblemente, existe una línea de entrada de aire 40 acoplada al segundo extremo 34 de la válvula de alivio de presión de una dirección 30, de manera que la línea de entrada de aire 40 sirve como un conducto para guiar la presión atmosférica hacia la válvula de alivio de presión de una dirección 30, proporcionando así una presión atmosférica para el paso hacia el múltiple de escape 20. La válvula de alivio de presión de una dirección 30, mostrada en la Figura 3, es conocida por aquellos expertos en la técnica. La válvula 30 comprende un asiento de válvula 33 y un sello de válvula 35 para topar con el asiento de válvula 33 y para evitar el flujo de aire. En el sistema, el sello de válvula 35 es mantenido en su lugar a través de un resorte 36, hasta que un vacío de fuerza suficiente es creado en el múltiple de escape 20, en ese momento, el sello de válvula 35 se separa del asiento de válvula 33, permitiendo así que el aire, a presión atmosférica, entre más allá del asiento de válvula 35 hacia el múltiple de escape 20. La válvula de alivio de presión de una dirección 30 preferiblemente está conectado al múltiple de escape 20 en un agujero internamente roscada 28, el cual está definido en la pared 26 del múltiple de escape 20. Existe un perno roscado 70 de extremo doble que tiene un primer extremo 72 y un segundo extremo 74, el cual acopla la válvula 30 al múltiple de escape 20. El primer extremo 72 del perno 70 está adaptado para acoplar el agujero 28 internamente roscado, y el segundo extremo 74 del perno 70 está adaptado para acoplar el primer extremo 32 de la válvula de alivio de presión de una dirección 30. Durante la operación del motor marino 10, se crea un vacío en el múltiple de escape 20, debido a los fenómenos descritos anteriormente. Este vacío hace que la sección de escape extraiga agua y agua extraña del ambiente circundante. Para evitar el flujo de regreso o ingestión del agua y materia extraña a la cabeza de cilindro 12 y subsecuentemente las válvulas y cilindros (no mostrados), el vacío, en el múltiple de escape 20, debe ser superado. Una forma de superar el vacío es impartir algo de presión positiva al múltiple de escape 20, rompiendo así el vacío y forzando al agua y a la materia en partículas fuera del múltiple de escape 20 en la dirección deseada. Cuando la presión dentro del múltiple de escape 20 es menor que la presión atmosférica, la válvula de alivio de presión de una dirección 30 se abre, como se describió previamente, y la presión del aire ambiental imparte la presión positiva requerida en el múltiple de escape 20 para superar el vacío (es decir, presión negativa). La línea de entrada de aire 40, aunque sirve como un conducto para el paso de presión atmosférica hacia la válvula de alivio de una dirección 30, también sirve con el propósito de prevenir que cualquier escape salga del múltiple de escape 20 en una forma no controlada. Por ejemplo, una vez que el vacío en el múltiple de escape 20, es superado, existe un potencial para una pequeña cantidad de escape hacia la salida a través de la válvula 30 antes que se selle completamente. La manguera de entrada de aire 40, por lo tanto, de preferencia está asegurada de tal manera que los individuos que operan el motor marino no hacen contacto con el escape. Como se muestra en las Figuras 1 y 2, la línea de admisión de aire 40 preferiblemente está deslizablemente conectada a una ménsula 50, la cual está montada al recuperador de las llamas 55 del motor marina 10. La línea de entrada de aire 40 mira, pero está separada del, recuperador de las llamas 55. Esto permite que el aire ambiental, a presión atmosférica, entre a la línea de entrada de aire 40, mientras que también se permite que cualquier gas de escape sea expulsado con seguridad. El hecho de que la válvula 30 no sangre la presión desde el múltiple de admisión 11 evita que se efectúen los procesos de combustión cuando la presión, en el sistema de escape, se reduzca. Además, ya que el múltiple de escape 20 se basa en la presión atmosférica de la línea de entrada de aire 40 para romper cualquier vacío creado ahí, y no hay oportunidad de la creación de vacío en la línea de entrada de aire 40, el vacío en el elevador de escape puede ser superado bajo cualquier condición de operación. Será evidente para aquellos expertos en la técnica que se pueden hacer varias modificaciones y variaciones en el dispositivo de anti-ingestión de la presente invención sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. De esta manera, se pretende que la presente invención cubra las modificaciones y variaciones de esta invención, siempre que estén dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo anti-ingestión, para usarse con un motor marino, para evitar la ingestión de agua y materia extraña, que comprende: un múltiple de escape para dejar escapar los gases del motor, dicho múltiple de escape teniendo un primer extremo y un segundo extremo, en donde el primer extremo está conectado a una cabeza de cilindro; una válvula de alivio de presión de una dirección teniendo un primer extremo acoplado al múltiple de escape y un segundo extremo expuesto a presión atmosférica, en done dicha válvula de alivio de presión de una dirección permanece cerrada a menos que la presión en el múltiple de escape sea menor que la presión atmosférica; una línea de entrada de aire acoplada al segundo extremo de la válvula de alivio de presión de una dirección, de manera que la línea de entrada de aire sirve como un conducto para guiar una presión atmosférica hacia dicha válvula de alivio de presión, proporcionando así una presión atmosférica para el paso hacia el múltiple de escape.

2.- El dispositivo anti-ingestión de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la línea de entrada de aire está deslizablemente acoplada a una ménsula, dicha ménsula estando acoplada a un recuperador de las llamas sobre el motor, de manera que la línea de entrada de aire mira, pero está separada de, dicho recuperador de las llamas.

3.- El dispositivo anti-ingestión de acuerdo con la reivindicación, el cual comprende: un agujero internamente roscado, definido en el múltiple de escape para recibir un perno roscado teniendo un primer extremo y un segundo extremo, en donde el primer extremo del perno roscado se acopla con el múltiple de escape, y el segundo extremo de dicho perno roscado está adaptado para acoplar el primer extremo de dicha válvula de alivio de presión de una dirección.

4.- Un dispositivo anti-ingestión, para usarse con un motor marino, para evitar la ingestión de agua y materia extraña, que comprende: un elevador de escape, para expulsar los gases del motor, dicho elevador de escape teniendo un primer extremo y un segundo extremo, en donde el primer extremo está conectado a una cabeza de cilindro; una válvula de alivio de presión de una dirección teniendo un primer extremo acoplado al elevador de escape, y un segundo extremo expuesto a presión atmosférica, en donde dicha válvula de alivio de presión de una dirección permanece cerrada a menos que la presión en el elevador de escape es menor que la presión atmosférica; una línea de entrada de aire acoplada al segundo extremo de la válvula de alivio de presión de una dirección, de manera que dicha línea de entrada de aire sirve como un conducto para guiar la presión atmosférica hacia la válvula de alivio de presión, proporcionando así una presión atmosférica para el paso hacia el elevador de escape.

5.- El dispositivo anti-ingestión de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la línea de entrada de aire está deslizablemente acoplada a una ménsula, dicha ménsula estando acoplada a un recuperador de las llamas en el motor, de manera que la línea de entrada de aire mira, pero está separada del, recuperador de las llamas.

6.- El dispositivo anti-ingestión de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además: un agujero internamente roscado definido en el elevador de escape para recibir un perno roscado teniendo un primer extremo y un segundo extremo, en donde el primer extremo del perno roscado acopla dicho elevador de escape, y el segundo extremo del perno roscado está adaptado para acoplar el primer extremo y la válvula de alivio de presión de una dirección.