MXPA99011775A - Colector de admision de aire de motor que tiene un enfriador interconstruido - Google Patents

Abstract

Un motor tipo V turbocargado se puede equipar con un enfriador de expulsión de recirculación de gas integrado dentro del colector de admisión, para lograr eficiencia, reducciones de costos y mejoramientos en la economización de espacio. El enfriador puede tomar la forma de un intercambiador de calor de haces de tubo dentro de una cubierta que utiliza una cámara cilíndrica en el colector de admisión de aire como el alojamiento del intercambiador de calor. El colector de admisión se coloca dentro del espacio central formado por las dos filas de cilindros en el motor tipo V, de tal manera que el espacio central se utiliza efectivamente para contener el colector y el enfriador.

Description

COLECTOR DE ADMISIÓN DE AIRE DE MOTOR QUE TIENE UN ENFRIADOR INTERCONSTRUIDO Antecedentes de la Invención Esta invención esta relacionada con un colector de admisión de aire de motor, y particularmente con un colector de admisión que tiene un i n t e r e n f r i ado r soportado dentro de una cavidad formada en el colector. Esta invención además esta relacionada con un colector de admisión de aire de motor que tiene un colector de admisión y un enfriador de expulsión de recirculación de gas (EGR) dentro de una cavidad formada en el colector. Algunos motores a diesel emplean sistemas t urbocargadore s y expulsión de r e ci rcul ación de gas para poder alcanzar el rendimiento, economía de combustible, y requerimientos de emisión. Típicamente, la expulsión de recirculación de gas se utiliza durante las velocidades de baja a media, y mientras que el motor esta bajo una carga parcial. La expulsión de r e c i r cu 1 a c ion de gas muy a menudo se controla por una válvula de expulsión de recircul-ación de gas activada electrónicamente localizada entre el colector de expulsión y el colector de admisión. En algunos casos, un enfriador de expulsión de recirculación de gas ( in t e r en f r i ador ) se adiciona para bajar las temperaturas de expulsión de gas para mejorar la reducción de óxidos de nitrógeno (NOx) . El enfriador de expulsión de gas se puede localizar ya sea corriente arriba o corriente .abajo de la válvula de expulsión de r e ci r culación de gas. El fluido refrigerante del motor se puede utilizar en el enfriador para enfriar el gas recirculante de expu 1 s i ón .

Resumen de la Invención La presente invención incorpora un enfriador de expulsión de gas de r circulación dentro del colector de admisión. Los pasajes de expulsión de gas de recirculación se integran dentro del colector de admisión y las cabezas de cilindro para eliminar los pasajes externos de expulsión de recirculación de gas. En una modalidad preferida de la invención, el colector de admisión tiene dos extensiones laterales que forman cubiertas para las levas de escape activadoras de la válvula. Este arreglo elimina la necesidad de cubiertas de compartimentos separadas para las levas de escape. La invención logra algunas reducciones de costo cuando se utiliza en motores de combustión interna con una configuración V t u rboca r gados . Diversos alojamientos, abrazaderas, pinzas, tubos, sellos, sujetadores y juntas se eliminan, dando como resultado cierto ahorro en cuanto a gastos de material e instalación. Adicionalmente, la localización del enfriador y la válvula de expulsión de r e c i rcul ac i ón de gas dentro del colector de admisión minimiza la transmisión de ruido al medio que lo rodea, ya que los pasajes de gas se encuentran enterrados dentro del colector y están aislados por camisas exteriores de agua las cuales amortiguan la energía del sonido. El sistema de pasajes de gas de alguna manera se simplifica para que los niveles de flujo de gas adecuados se puedan lograr sin perdidas excesivas de presión. En una práctica preferida de la invención, un sistema Venturi se proporciona en el colector de admisión para asimilar los gases de expulsión de r e ci rcul ación dentro de la corriente de aire que fluye dentro del colector de admisión. El sistema Venturi promueve un nivel de flujo de gas alto para mejorar el rendimiento de reducción de N0X del s i s t e a . Otras car cterísticas de la invención serán obvias tomando en cuenta los dibujos anexos y la descripción de la modalidad ilustrativa de la invención .

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una representación esquemática de un sistema de expulsión de recirculación de gas que puede emplear la presente invención . La Figura 2 es una vista en sección de un motor tipo V ejemplificando la invención, tomada a lo largo de la línea 2-2 en la Figura 3. La Figura 3 es una vista en sección longitudinal tomada a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 2 mostrando un colector de admisión empleado en el motor de la Figura 2.

Descripción de la Modalidad Preferida de la Invención Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra esquemáticamente un motor diesel equipado con un turbo cargador y un sistema de expulsión de r e c i r culación de gas. El motor comprende una pluralidad de cilindros de motor 10 suministrados con aire de combustión de un colector de admisión de aire 12 y pasaje de admisión de aire 14. Los gases de expulsión se dirigen a través de los pasajes de expulsión 16 hacia un colector de expulsión 18. Por lo menos parte del gas de expulsión viaja a través del pasaje 20 hacia una turbina turboc argado r a 22. El propulsor de turbina se activa por los _gases que fluyen rápidamente para manejar el propulsor del comprensor 24. La presión de aire que entra en la línea de aire 26 con esto se empuja para aumentar el flujo de aire dentro del colector 12. Una válvula de seguridad con compuerta de salida 28 se proporciona para limitar la cantidad de empuje de presión en una línea de aire 26. La compuerta de salida 28, cuando está abierta libera parte (o todo) del gas que hace expulsión que fluye a través del pasaje 20 desviándose de la turbina 22, con lo cual reduce la velocidad del propulsor de turbina y el empuje de presión proporcionado por el comprensor 24. Parte del gas de expulsión que fluye fuera del colector de expulsión 18 se recircula de regreso al colector de admisión 12 vía un pasaje de r e ci r cula ción de gas 30. El gas recirculado pasa a través de una válvula de expulsión de recirculación de gas 32 y un i n t e r en f r i a do r 34. Un activador electrónico 36, que responde a la carga del motor y a la velocidad, y otras variables de motor, controla la válvula de re ci r c ulac ion de gas 32. El i n t e r enf r i ador 34 puede ser un i n t e r cambi ador de calor para cubierta de tubo, en donde los gases calientes de expulsión fluyen a través de los tubos y el fluido refrigerante fluye a través de la cubierta alrededor de los tubos. El fluido refrigerante puede ser un fluido refrigerante de motor liquido que fluye dentro/fuera del i n te r cambi ado r de calor a través de los tubos 38 y 39. El pasaje de r e c ir cu 1 a c i ón de gas 30 se conecta con la línea de aire 26 vía una conexión sin restricción 40 que puede incluir un diseño Venturi para que el aire que fluye a través de la linea 26 succione el gas recirculante dentro de la corriente de aire con por lo menos cierta turbulencia para permitir el mezclado para obtener una mezcla de combus t ibl e / a i re homogénea y sustancialmente uniforme, y mínima pérdida de presión.

L'a presente invención involucra la construcción del sistema de la Figura 1 para que el i n t e r enfr iador 34 y la válvula de recirculación de gas 32 estén físicamente localizadas dentro del colector de admisión 12. El arreglo físico economiza en espacio, mientras que al mismo tiempo simplifica algunas de las conexiones de fluido que se requieren entre los componentes de operación. Las Figuras 2 y 3 ilustran una manera en la cual la invención se puede practicar. La Figura 2 muestra un motor de combustión interna con configuración en V turbocargado 42 que tiene primeras y segundas filas de cilindros 44 y 46 acomodadas de tal manera que los ejes del cilindro 48 en las filas respectivas se intersectan en un punto 50. Los ejes del cilindro están agudamente angulados entre sí para que un espacio central 52 se forme encima del punto de intersección de los ejes 50. El colector de admisión de aire del motor 12 se localiza en el espacio central 52. El colector 12 comprende una cámara cilindrica alargada 54 que acomoda un conjunto de tubos inte re ambi ado res de calor 34. El conjunto de tubos 34 coopera con la pared de la cámara 54 para formar un i n t e r en f r i ador para el gas de expulsión r e ci r culan t e . Aquellos expertos en la técnica comprenderán que una estrategia similar se puede •utilizar para un enfriador de aire de carga de aire a agua a motores que no utilizan la recirculación de gas de motor (EGR) para propósitos de coordinar las Figuras 2 y 3 con la Figura 1, el número 34 se aplica al conjunto de tubos en las Figuras 2 y 3. Como se muestra en la Figura 3, el conjunto de tubos 34 comprende tubos conectores 56 y 58 que se conforman a la superficie de la cámara 54, y deflectores múltiples 59 separados a lo largo de los tubos in te r cambi ador e s de calor para desviar el flujo del refrigerante alrededor de los tubos. El gas de expulsión fluye desde una cámara de entrada 60 a través de los tubos in t e r camb i ado r e s de calor hacia una cámara de salida 62. Haciendo referencia a la Figura 2, dos pasajes de los efrigerantes de motor 64 y 66 se forman junto con la cámara 54 para circular el fluido refrigerante alrededor de los tubos i n t e r camb i ado r e s de calor. Cada pasaje de refrigerante se puede proporcionar con un extremo tubular que se ajusta al extremo derecho (posterior) del colector para conectar el pasaje respectivo a las mangueras de refrigerante adecuado. Los pasajes de refrigerante 64 y 66 se conectan a la cámara 54 y al orifico 67 y 69 en la pared de la cámara 54. El flujo de fluido refrigerante a través del interenfriador generalmente esta a contracorriente al flujo de gas. El líquido suministrado al pasaje 64 fluye a través del orificio 67 dentro de los espacios que rodean a los tubos. El líquido fluye desde la cámara 54 a través del orificio 69 dentro del pasaje 66. El conjunto de tubos 34 se monta de tal manera que el tubo colector 56 está asegurado a la pared de la cámara 54, mientras que el tubo colector 58 esta co redizamente sobre la superficie de la cámara 54 (para la liberación de estrés de expansión térmica) . El tubo colector 58 tiene uno o más sellos periféricos de anillos en forma de "O" par prevenir la fuga de fluido refrigerante. Un cartucho de válvula de seguridad de r e c i r cul ac ion de gas adecuado 32 se monta en el extremo posterior (derecho) de la cámara 54 para modular el flujo de gas de expulsión dentro del espacio de entrada 60. El uso de un cartucho elimina la necesidad de un alojamiento de válvula separado, mientras que al mismo tiempo reduce los requerimientos de espacios generales.

El gas de expulsión enfriado fluye fuera del espacio de salida 62 a través de un orificio transversal 71 dentro de un pasaje de gas alargado 73 que se extiende encima de la cámara 54. El pasaje 73 se comunica con un tubo de succión 75 que se transporta por un tubo Venturi 77 que se extiende dentro del extremo derecho (posterior) del alojamiento del colector. El extremo expuesto del tubo 77 se conecta con la línea de aire antes mencionada 26 (Figura 1) con lo cual el aire de entrada fluye a través del tubo de succión 75 para succionar el gas de expulsión recirculante dentro del aire que fluye a través del colector 12 hacia los cilindros del motor. El tubo Venturi 77 puede ser un cartucho formado separadamente del colector para servir como un conector para línea diaria 26 también como un mecanismo para asimilar la re circulación del gas de expulsión dentro de la corriente de aire de entrada, con una turbulencia óptima para producir la mezcla de gas de a i re / combus t ibl e adecuada. Cada fila de cilindros 44 ó 46 incluye una cabeza de cilindros 79 que tiene un pasaje de entrada de toma de aire 81 y pasajes de expulsión de gas 83 comunicándose con los diversos cilindros como se muestra en la Figura 2. Cada cabeza de cilindros tiene una superficie plana superior 80 adaptada para acoplarse con una cara de montaje plana en el colector de admisión 12, con lo cual el colector esta con untamente soportado por las dos cabezas de cilindros. La«s aberturas de aire en las caras de montaje del colector se alinean con los pasajes de toma de aire 81 en las cabezas de cilindro respectivo, con lo cual el aire de combustión se admite a las válvulas de toma en las cabezas de cilindro . El colector 12 esta sujetado por tornillos a las cabezas de cilindro 79 por dos conjuntos individuales de tornillos localizados alrededor del área de borde de cada cabeza de cilindro. Salientes tubulares huecas 84 se pueden formar en puntos separados a lo largo de colector para acomodar algunos de los tornillos de montaje. Las paredes laterales del colector 85 se pueden proporcionar con orificios adecuados para acomodar otros tornillos de montaje. Juntas adecuadas se proporcionan en las superficies superiores 80 de las cabezas de cilindro . Las superficies superiores en la cabezas de cilindro se localizan en un plano horizontal común, de tal manera que todos los tornillos de montaje para el colector de admisión 12 se pueden orientar verticalmente. Los tornillos se expanden o se contraen en unísono para acomodar la expansión térmica del colector, sin generar tensiones indeseables en la paredes del conector. Cada final de cilindros 44, 46 tiene levas de escape convencionales 86 para operar' las válvulas de admisión y de expulsión en las cabezas del cilindro 79. El colector 12 tiene dos extensiones laterales 87 que forman cubiertas para las levas de escape. Esta característica elimina la necesidad de cubiertas separadas para las levas de escape. Una característica principal de la invención es la integración del in t e r en f r i ador 34 y la válvula de expulsión de recirculación de gas 32 dentro del colector de admisión. La cámara interna 54 dentro del colector de admisión forma el alojamiento para el in t er en f r i ado r . La válvula de recirculación de gas y el Venturi 77 son estructuras de cartucho que se pueden ajustar dentro del colector para evitar la necesidad de alojamientos separados o dispositivos de montaje. La invención proporciona una simplificación estructural del subsistema de r e ci r culación de gas utilizado en los motores a diesel con configuración de V de baja emisión de alto rendimiento. Un beneficio incidental en la e c onomi z ación de espacio en el compartimento de motor. Debido a que el sistema de enfriamiento de motor está unido a los pasajes de enfriamiento del colector, el tesmostato del sistema de enfriamiento se puede integrar dentro del colector. Esta construcción elimina la necesidad de un alojamiento separado para el termostato para obtener una reducción de costo en el sistema de motor. El calor que proviene del in t e r en f r iado r se puede utilizar para suplementar el calentamiento de la cabina del vehículo y para ayudar en el calentamiento del motor para el control de emisiones. Se apreciará que el arreglo estructural ilustrado es representativo de la invención, y que el ensamble de enfriador de colector se puede construir de diversas maneras mientras que aún se practique la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un motor de combustión interna con configuración en V turbocargado que tiene bancos de cilindro primeros y segundos arreglados de tal manera que los ejes de los cilindros en los bancos respectivos se intersectan en un ángulo agudo, con lo cual un espacio central se forma encima del punto de intersección de los ejes del cilindro; un colector de admisión localizado en el espacio central; y un interenfriador localizado dentro del colector de admisión.

2. El motor de la reivindicación 1, en donde el in t e r en f r iado r comprende un i n t e r camb i a do r de calor que tiene un conjunto de tubos que se extienden paralelos al punto de intersección de los ejes de los cilindros.

3. El motor de la reivindicación 1, en donde el in t er en f r ia do r comprende tubos in t e r camb i ador e s de calor paralelos arreglados de tal manera que cada tubo esté paralelo al punto de intersección de los ejes de los cilindros.

4. El motor de la reivindicación 1, que además comprende un t urbocar gado r que incluye una turbina activada por los gases de expulsión que provienen de los cilindros y un compresor activado por dichas turbinas, un colector de expulsión para suministrar los gases de expulsión de los cilindros a la turbina, y medios de pasaje de recirculación de gas para desviar parte del gas de colector de expulsión en dirección contraria de la turbina dentro del in t er enfria do r .

5. El motor de la rei indicación 4, en donde el medio de pasaje de recirculación de gas comprende un válvula de recirculación de gas de expulsión localizada en el colector de admisión.

6. El motor de la reivindicación 5, en donde la válvula de r e ci rcul ación de gas de expulsión comprende un cartucho de válvula parcialmente empotrado dentro del colector de admisión

7. El motor de la reivindicación 5, que además comprende medios de entrada de aire en el colector de admisión que se comunica con la turbina, y medios de pasaje de admisión de gas, que conectan el inter en fr i ado r a los medios de entrada de aire con lo cual el gas recirculado se asimila dentro de la corriente de aire que fluye a través de los medios de entrada de aire.

8. El motor de la reivindicación 7, en donde el medio de entrada de aire comprende un venturi construido para succionar el gas recirculante dentro de la corriente de aire que fluye.

9. El motor de la reivindicación 8, en donde el venturi comprende un cartucho de venturi parcialmente empotrado dentro del colector de admi s i ón .

10. El motor de la reivindicación 1, que comprende además una cabeza de cilindro que está sobrepuesta sobre cada uno de los bancos de cilindros; las cabezas de cilindro tienen superficies planas superiores localizadas en un plano común; el colector de admisión tiene caras inferiores planas de montaje acopladas a las superficies planas superiores en las cabezas de ci lindro .

11. El motor de la reivindicación 10, que además comprende un conjunto de levas de escape de activación de válvula localizada encima de cada cabeza de cilindro; el colector de admisión tiene las extensiones que forman cubiertas para las levas de escape.

12. El motor de la reivindicación 10, en donde cada cabeza de cilindro tiene un conjunto de pasajes de admisión de aire que se extienden desde su superficie plana superior a los cilindros asociados; las caras inferiores de montaje en el colector de admisión de aire tienen aberturas de entrada de aire alineadas con los pasajes de admisión de aire.

13. El motor de la reivindicación 1, que además incluye una alojamiento de termostato integrado dentro del colector.

14. El motor de la reivindicación 1, en donde el calor del in t e r en f r i ador se utiliza para ayudar al calentamiento del motor para un mejor control de emisión.

15. El motor de la reivindicación 14, en donde el motor se monta dentro de un vehículo que tiene una cabina, y el calor del in t e r en f r iado r se utiliza para suplementar el calentamiento de la cabina del vehículo.