MXPA98009109A - Linea de escape y de recirculacion de los gases para motor de vehiculo automovil. - Google Patents

Linea de escape y de recirculacion de los gases para motor de vehiculo automovil.

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Abstract

La invencion se refiere al escape y la recirculacion de los gases en los motores de combustion interna, en especial de vehiculos automoviles, que comprende un elemento catalitico, medios de recirculacion de los gases de escape y medios de recuperacion de calor en los gases de escape. Un unico cambiador de calor esta dispuesto para enfriar los gases de escape recirculados y recuperar la energia termica de los gases de escape para el calentamiento del habitaculo del vehiculo y para proteger el elemento catalitico de las temperaturas muy elevadas de escape. Unas valvulas de derivacion de los gases de escape, de retropresion y de EGR estan, para el efecto, bajo el mando electronico. Tiene aplicacion especialmente a motores diesel o de gasolina con inyeccion directa o a motores de gasolina con mezcla pobre.

Description

LINEA DE ESCAPE Y DE ECIRCULACION DE LOS GASES PARA MOTOR DE VEHICULO AUTOMOVIL La presente invención se refiere a una linea de escape y de recirculación de los gases, para motor de combustión interna de vehículo automóvil y, más en lo particular, a dicha línea que comprende un elemento catalítico, medios de recirculación de los gases de escape, y medios para la recuperación del calor de los gases de escape. Se conoce, en primer lugar, sistemas de recuperación del calor de los gases de escape. El principio de funcionamiento de dichos sistemas consiste, en la fase de arranque en frío, en derivar el gas de escape hacia un cambiador de calor, después de un dispositivo de restricción de caudal, lo que provoca una retropresión en el escape. La retropresión provoca una elevación en la temperatura de escape y, por tanto, permite recuperar de inmediato el calor en el cambiador. Un sistema de este tipo es particularmente útil en los motores sobrealimentados por inyección directa, en los motores de combustible por inyección directa, o incluso en los motores de combustible con mezcla pobre. Se comprueba, efectivamente, en todos los casos previamente citados, que el calor recuperado en el motor es suficiente para garantizar un calentamiento conveniente para el interior del vehículo. Adicionalmente, se sabe que, en un cierto número de motores de combustión interna, en particular en los motores diesel sobrealimentados por inyección directa, las normas de contaminación exigen una recirculación de los gases de escape (EGR: Exhaust Gas Recirculation) . La severidad de las normas futuras hará más necesario el enfriamiento de esos. gases de escape recirculados . De manera típica, un circuito de recirculación de los gases de escape comprende una canalización de recirculación en la cual está instalada una válvula de EGR y un cambiador de calor. Adicionalmente, se tiene la tendencia a acercar cada vez más el elemento catalítico- al colector de escape en los vehículos automóviles, a fin de mejorar el cebado del elemento catalítico. Se sabe, en efecto, que este último no funciona convenientemente sino en caliente y que, por lo tanto, se tiene interés en acelerar al máximo su elevación de temperatura. Sin embargo, cuando el motor está bajo carga elevada, por ejemplo, en una autopista, el elemento catalítico es sometido a temperaturas permanentes por sí mismas muy elevadas, que reducen su duración a través de la transformación irreversible del aluminio sobre el cual están depositados los metales nobles. Por lo tanto es conveniente, en dichas fases de carga elevada del motor, poder asegurar un enfriamiento de los gases de escape, a fin de incrementar la duración de la vida del catalizador. Finalmente, a fin de obtener emisiones de gases de escape contaminantes, es conveniente poder controlar la temperatura de dichos gases para mejorar la eficacia de los elementos catalíticos. La presente invención contempla resolver los problemas mencionados por medio de una linea de escapa y de recirculación de los gases, relativamente simple y que, en particular, no comprende más que un solo cambiador de calor . Para el efecto, la invención tiene como objetivo una linea de escape y de recirculación de los gases para motores de combustión interna, en particular vehículos automóviles, que comprende un elemento catalítico; medios de recirculación de los gases de escape y medios de recuperación del calor en los gases de escape, caracterizado porque comprende: un cambiador de calor, dispuesto entre el motor y el elemento catalítico, para cambiar el calor entre el gas de escape y un fluido de enfriamiento, en serie con medios de restricción para crear una retropresión; estando dicho cambiador de calor corriente arriba de los medios de restricción; una derivación del cambiador y medios de selección para dirigir selectivamente los gases de escape, total o parcialmente, hacia la derivación o hacia el cambiador; una canalización de recirculación de los gases de escape, conectada en uno de sus extremos entre el cambiador y los medios de restricción y, en su otro extremo, a una canalización de admisión de aire al motor; medios de control en dicha canalización de recirculación, para controlar la proporción de gas de escape recirculado. Se verá en lo que sigue que, en función del estado de los medios de selección y de los medios de control mencionados, asi como, eventualmente, del estado de los medios de restricción, el cambiador montado tal como se precisó arriba, permite garantizar las tres funciones indicadas. Permite, en efecto, enfriar los gases de escape recirculados, la recuperación de la energía térmica de los gases de escape para el calentamiento adicional del interior del vehículo, así como la protección del catalizador contra temperaturas de escape muy altas. Se verá igualmente más adelante que dichos medios de restricción pueden ser fijos o bien comprender una válvula de abertura controlable.
En este último caso, se provee, de preferencia, medios de control provistos para controlar los medios de restricción en la posición cerrada, en un modo de funcionamiento normal, y una posición abierta en un modo de carga completa. En una modalidad preferida, dichos medios de mando están provistos para mandar los medios de control para cerrar la canalización de recirculación y los medios de selección para dirigir los gases de escape a través del cambiador de calor y los medios de restricción, en un modo de arranque en frió, para mandar que los medios de control dejen recircular una proporción determinada de gas de escape y los medios de selección dirijan el resto de los gases de escapa a través de la derivación en modo de funcionamiento normal . Además, en una modalidad particular, los mencionados medios de mando están provistos para ordenar que los. medios de control cierren la canalización de recirculación y que los medios de restricción dirija los gases de escape a través del cambiador de calor en modo- de carga completase describirá ahora, a manera de ejemplo no limitativo, una modalidad particular de la invención, haciendo referencia a los dibujos esquemáticos en los cuales : Las figuras 1, 2 y 3 representan una línea de escape y de recirculación de gases, de acuerdo con la invención, respectivamente en el modo de arranque en frío, en modo de funcionamiento normal y en modo de carga completa. Se ve en las figuras un motor térmico 1 de combustión interna, por ejemplo, un motor diesel o de gasolina, de inyección directa, equipado con un elemento catalítico 2 de escape. Una canalización 3 conecta el colector de escape del motor 1 con la entrada del elemento catalítico 2. Además, una canalización 4 conectada al filtro de aire (no ilustrado) en la tubería de admisión de aire en el motor. Una válvula 5, aquí una válvula de charnela, está interpuesta en la canalización 3. Una derivación 6 está conectada en la canalización 3 a un lado y otro de la válvula 5. Un cambiador de calor 7 y una válvula 8, igualmente aquí del tipo de válvula de charnela, están dispuestos en serie en la derivación 6, el cambiador de calor 7 corriente arriba de la válvula 8 en el sentido de circulación de los gases de escape. El cambiador de calor 7 es aquí un cambiador de gas/agua, el fluido de enfriamiento siendo el mismo líquido de enfriamiento del motor utilizado, adicionalmente, en otro cambiador de calor de agua/aire, con vistas al calentamiento del interior del vehículo. Se ve en las figuras los conductos 9 y 10 de entrada y de salida del líquido de enfriamiento en el cambiador 7. Una canalización 11 de recirculación de los gases de escapa es susceptible de tomar ese gas en la derivación 6 entre la salida del cambiador de calor 7 y la válvula 8, para entregarlos a la canalización 4 de admisión de aire al motor. Una válvula 12, representada aquí bajo la forma de una válvula de obturación, denominada válvula de EGR, está dispuesta en la canalización de recirculación 11. Finalmente, un elemento electrónico de mando 13, que recibe de manera conocida, informaciones de un determinado número de captores, garantiza el control de las válvulas 5, 8 y 12, en función del modo de funcionamiento del motor 1. La figura 1 representa la configuración del dispositivo en el modo de arranque en frío. En este modo, la compuerta de EGR 12 está cerrada. La recirculación de los gases de escapa, efectivamente, es inútil en esta fase, ya que la formación de los óxidos de nitrógeno Nox es baja mientras el motor está frío. Adicionalmente, la válvula 5 de derivación de los gases de escape está cerrada, de manera que dichos gases toman la derivación 6.
En dicha derivación, los gases escapan por la válvula 8, lo que provoca una retropresión en el escape. Como consecuencia, la temperatura de los gases de escape aumenta y el cambiador 7 recupera más calor. El calor asi recuperado . permite, a través del fluido de enfriamiento del cambiador de calor 7, en un primer tiempo, acelerar la puesta a temperatura del motor y, después, calentar el interior del vehículo. La figura 2 representa el modo de funcionamiento normal del motor. En este modo, la válvula 5 de derivación de los gases de escape está abierta, permitiendo asi una transferencia directa de estos gases hacia el elemento catalítico 2. Adicionalmente, la válvula 8 de retropresión está cerrada. Por lo que se refiere a la válvula de EGR 12, está abierta dado el grado de recirculación determinado por el elemento electrónico de mando 13. Consecuentemente, el escape se efectúa directamente por la canalización 3, con excepción de la proporción de gas recirculado por intermedio de la canalización 11. Finalmente la figura 3 ilustra la configuración del dispositivo en el modo de carga completa que corresponde, por ejemplo, a una gran velocidad en una autopista. En este modo, la temperatura de los gases de escape es muy elevada y es importante evitar que sobrepase las condiciones de utilización del elemento catalítico 2. Adicionalmente, lo mismo que en frío, no se recircula gas de escape a plena carga. Consecuentemente, en este modo de funcionamiento, la válvula de EGR 12 está cerrada, lo mismo que la válvula de derivación 5 de los gases de escape. Por el contrario, la válvula 8 de retropresión está totalmente abierta. De esta manera, todos los gases de escape atraviesan el cambiador de calor 7, en donde son enfriados antes de penetrar en el elemento catalítico 2. Se observará que la válvula 8 de retropresión podría ser reemplazada por una simple restricción fija.
Su efecto seria sustancialmente el mismo que el de la válvula 8 en el modo de arranque en frío de la figura 1.
Por el contrario, sería degradado en el modo de funcionamiento normal de la figura 2 y, sobre todo, en el modo de carga plena de la figura 3. Dicho reemplaza, sin embargo, permitiría reducir los costos del sistema.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. - Linea de" escape y de recirculación de gases, -particularmente para motor de combustión interna de vehículos automóviles, que comprende un elemento catalítico, medios de recirculación de los gases de escape y medios para la recuperación del calor de los gases de escape; caracterizada por el hecho de que comprende: dispuesto entre el motor y el elemento catalítico, un cambiador de calor entre los gases de escape y un fluido de enfriamiento, en serie con medios de restricción para crear una retropresión; estando dicho cambiador de calor corriente arriba de los medios de restricción; una derivación del cambiador y los medios de restricción y los medios de selección, para dirigir selectivamente los gases de escape, total o parcialmente, a la derivación o al cambiador; una canalización de recirculación de los gases de escape, conectada en uno de sus extremos entre el cambiador y los medios de restricción y, en su otro extremo, en una canalización de admisión de aire al motor; y medios de control en la canalización de recirculación, sobre la proporción de los gases de escape recirculados.
2. - Línea de escape y de recirculación de gases de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada además porque los medios de restricción son fijos.
3.- Linea de escape y de recirculación de gases de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque los medios de restricción comprenden una válvula con abertura controlable. 4.- Línea de escape y de recirculación de gases de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque comprende medios de mando dispuestos para mandar los medios de restricción a una posición cerrada en un modo de funcionamiento normal, y a una posición abierta en un modo de carga completa. 5. - Linea de escape y de recirculación de gases de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada además porque los medios de mando están dispuestos para mandar a los medios de control que cierren la canalización de recirculación, y a los medios de selección que dirijan los gases de escape a través del cambiador de calor y los medios de restricción, en un modo de arranque en frío; y para ordenar a los medios de control que dejen recircular una proporción determinada de los gases de escape a través de la derivación, en el modo de funcionamiento normal . 6. - Línea de escape y de recirculación de gases de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada además porque dichos medios de mando están dispuestos para ordenar que los medios de control cierren la canalización de recirculación y que los medios de selección dirijan los gases de escape a través del cambiador en el modo de carga completa.
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