ES2233520T3 - Motor de combustion interna provisto con un sistema de recirculacion de los gases de escape, en particular para un vehiculo. - Google Patents

Motor de combustion interna provisto con un sistema de recirculacion de los gases de escape, en particular para un vehiculo.

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Abstract

Motor de combustión interna (1), en particular para un vehículo, que comprende una pluralidad de cilindros (2); una culata (3) que define, para cada uno de los cilindros (2), por lo menos un conducto de escape (16) para los gases de escape y por lo menos un conducto de admisión (12); un colector (17) de escape que comunica con dichos conductos de escape (16); y un sistema (27) para la recirculación de los gases de escape a partir de dicho colector de escape (17) hacia dichos conductos de admisión (12), y que comprende un colector de distribución (13; 48) para la distribución de los gases de escape recirculados a dichos conductos de admisión (12), y un conducto de recirculación (37) que se extiende entre dicho colector de escape (17) y dicho colector de distribución (13; 48); que está dispuesta por lo menos una parte de dicho conducto de recirculación (37) directamente en dicha culata (3); comprendiendo dicha culata (3) medios de intercambio de calor (22) para la refrigeración de dichos gases de escape recirculados, comprendiendo dichos medios de intercambio de calor (22) por lo menos una cámara de refrigeración (21) dispuesta en dicha culata (3) y que forma parte de un circuito de refrigeración de dicho motor (1), y una pluralidad de aletas de intercambio de calor.

Description

Motor de combustión interna provisto con un sistema de recirculación de los gases de escape, en particular para un vehículo.
La presente invención se refiere a un motor de combustión interna provisto con un sistema de recirculación de los gases de escape y, en particular, a un motor de combustión interna de ciclo diesel para un vehículo, al que se refiere la siguiente descripción sin que por esa razón esto signifique ninguna restricción.
Es conocido que los motores de combustión interna comprenden una pluralidad de cilindros y una culata que, para cada cilindro, presenta por lo menos un conducto de admisión para el aire exterior y por lo menos un conducto de escape que comunica con un colector de escape adaptado para transportar los gases de escape a partir de todos los conductos de escape asociados con los cilindros.
Son conocidos los motores que están provistos con sistemas para la recirculación de los gases de escape de modo que recirculan algunos de los gases desde el colector de escape a los conductos de admisión, en particular con el propósito de contener las emisiones de polución basadas en óxidos de nitrógeno dentro de límites preseleccionados. Estos sistemas de recirculación, que comúnmente se denominan mediante el acrónimo EGR ("recirculación de los gases de escape"), comprenden una válvula de control accionada por medios adecuados para la variación de la tasa del flujo de los gases de escape que fluyen desde el colector de escape, y un tubo de recirculación interpuesto entre el colector de escape y además un colector adaptado para distribuir dichos gases dentro de los conductos de admisión.
En general, el sistema EGR comprende además un intercambiador de calor, normalmente de tipo plano, que está dispuesto en serie con el tubo de recirculación y que está adaptado para bajar la temperatura de los gases recirculados de modo que mejore la eficiencia del sistema y la eficiencia del motor.
Los sistemas EGR conocidos del tipo que se acaba de describir son caros como resultado de la utilización de un intercambiador de calor que presenta características que son compatibles con los gases de escape, y que presentan unos tiempos de montaje relativamente largos puesto que requieren un número relativamente grande de componentes a ser dispuestos y conectados los unos con los otros, tanto el intercambiador de calor como los tubos de varias longitudes, siendo necesario, no obstante, asegurar una estanqueidad satisfactoria en los diversos acoplamientos entre los propios componentes.
Además, el diseño de los componentes anteriormente mencionados ha de tener en cuenta la distorsión térmica diferente de unos a otros componentes, con la provisión de elementos de compensación térmica caros y delicados, como por ejemplo tubos de tipo de fuelles de expansión.
Adicionalmente, la cantidad de espacio ocupado por el intercambiador de calor puede provocar dificultades en el diseño de la disposición de los varios conjuntos que se tienen que ubicar en el compartimento del motor, así como en las operaciones de montaje/desmontaje, inspección y mantenimiento periódicos de los propios conjuntos en el compartimiento del motor.
El documento nº US A 643 157 da a conocer una culata con un paso para la recirculación de los gases de escape formado en ésta.
El documento nº US A 4 453 605 da a conocer un sistema para el calentamiento del colector de admisión mediante la alimentación de la cámara con gases de escape y por la parcial recirculación de dichos gases de escape.
El objetivo de la presente invención es idear un motor de combustión interna, en particular para un vehículo, que haga posible solucionar los problemas anteriormente mencionados de una forma simple y económica.
Un motor de combustión interna, en particular para un vehículo, se idea según la presente invención, que comprende una pluralidad de cilindros; una culata que define, para cada cilindro, por lo menos un conducto de escape para los gases de escape y por lo menos un conducto de admisión; un colector de escape que comunica con dichos conductos de escape; y un sistema para la recirculación de los gases de escape a partir de dicho colector de escape a dichos conductos de admisión, y que comprende un colector de distribución para la distribución de los gases de escape recirculados en dichos conductos de admisión y un conducto de recirculación que se extiende entre dichos colectores de escape y de distribución; caracterizado porque por lo menos una parte de dicho conducto de recirculación está dispuesto directamente en dicha culata; comprendiendo dicha culata medios de intercambio de calor para la refrigeración de dichos gases de escape recirculados,
dichos medios de intercambio de calor comprenden por lo menos una cámara de refrigeración dispuesta en dicha culata y que forma parte de un circuito de refrigeración de dicho motor,
y una pluralidad de aletas de intercambio de calor; caracterizado porque dichas aletas de intercambio de calor se extienden hacia afuera de dicha culata en el lado opuesto de dicho conducto de recirculación con respecto a dicha cámara de refrigeración.
La invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo no restrictivo de una realización de ésta, en donde:
\bullet la figura 1 ilustra, esquemáticamente y en una vista en planta, una realización preferente del motor de combustión interna provisto con un sistema de recirculación de los gases de escape diseñado según la presente invención;
\bullet la figura 2 ilustra, en sección y a una escala ampliada, un detalle de la figura 1;
\bullet la figura 3 es una sección, con partes omitidas para la claridad del dibujo, a lo largo de la línea III-III de la figura 2;
\bullet la figura 4 es análoga a la figura 2 e ilustra, con parte omitidas y en una escala ligeramente reducida, una variante según la cual una válvula de control del sistema de recirculación de gases de escape está dispuesta en una posición diferente de la de la figura 2, y
\bullet la figura 5 es análoga a la figura 1 e ilustra otra variante del motor de la figura 1.
En la figura 1 la referencia numérica 1 indica un motor de combustión interna, en particular un motor de combustión interna de ciclo diesel para un vehículo comercial (que no se ilustra). El motor 1 (ilustrado esquemáticamente) comprende una pluralidad de cilindros 2 (cuya línea exterior se indica con línea continua en la figura 1) y una culata 3 de aleación ligera y que presenta, para cada cilindro 2, un par de válvulas de admisión 4 y un par de válvulas de escape 5 (cuya línea exterior también está indicada con línea continua en la figura 1). Las válvulas 4 y 5 se controlan mediante un conjunto de sincronización, que es conocido y no se ilustra, para el control de la abertura y del cierre de los pasos dispuestos en dicha culata 3 y denominados con los números de referencia 9 y 10, respectivamente.
Los pasos 9 comunican, a través de los conductos de admisión asociados 12, con un colector de admisión 13 (ilustrado esquemáticamente) que está conectado firmemente de una forma conocida (que no se ilustra) de modo estanco a una superficie de la culata 3 que define el lado de admisión 14 para transportar el aire del exterior a dichos conductos 12.
En el otro lado, los pasos 10 comunican a través de los conductos de escape asociados 16, con un colector de escape 17 (ilustrado esquemáticamente en la figura 1) que está conectado firmemente de una forma conocida (que no se ilustra) de modo estanco a una superficie de la culata 3 que define el lado de escape 18 para el transporte de los gases de escape a un sistema de escape (que no se ilustra) del vehículo.
Con referencia a la figura 2, la culata 3 comprende una pluralidad de cámaras que forman parte de un circuito de refrigeración del motor 1, a través del cual pasa el refrigerante. En particular, una de estas cámaras, indicada mediante la referencia numérica 21, está dispuesta en una parte lateral 22 de la culata 3 limitada por el lado de admisión 14, por el lado de escape 18 y por una superficie lateral exterior 24, a partir de las que proyecta integralmente una pluralidad de aletas de intercambio de calor 25 dispuestas unas al lado de las otras y en un plano ortogonal al de la figura 2.
De nuevo con referencia a la figura 2, el motor 1 está provisto con un sistema de recirculación de gases de escape 27, comúnmente denominado mediante el acrónimo EGR ("recirculación de los gases de escape"), que se diseña para recircular parte de los gases de escape desde el colector 17 hasta los conductos 12. El sistema 27 comprende una válvula 28 (ilustrada esquemáticamente en la figura 1 y parcialmente en la figura 2) que está integrada en una parte del extremo 29 del colector 17 y que se controla mediante un procesador electrónico de tipo conocido (que no se ilustra) para controlar la abertura y el cierre de un paso 30 dispuesto en la parte 29 y para variar la tasa del flujo de gases de escape que fluyen a través de dicho paso 30.
La parte 29 está acoplada de un modo estanco con la superficie lateral 22 de la culata 3 de modo que comunica la salida 32 del paso 30 con la entrada 35 de un conducto 37.
Tal como se ilustra en las figuras 2 y 3, el conducto 37 se forma directamente en la parte lateral 22 desde el lado de escape 18 hacia el lado de admisión 14 en una dirección A paralela a la superficie 24, en una posición adyacente a la cámara 21 e intermedia entre la superficie 24 y dicha cámara 21.
El conducto 37 transporta los gases que fluyen desde la válvula 28 y comprende una parte intermedia 39 dividida en canales mutuamente paralelos 40 mediante una pluralidad de deflectores intermedios 43 que se forman integralmente con la parte lateral 22, que se extiende sustancialmente entre las cámaras 21 y la superficie 24 paralela a la dirección A, y que son ortogonales, en particular, a la superficie 24 y a las aletas 25.
Cada canal 40 presenta una sección transversal rectangular (véase la figura 3) y está limitada por dichos deflectores 43 y por dos superficies laterales 41 opuestas entre sí y una de las cuales está dispuesta en el lado de la superficie 24 y la otra está dispuesta en el lado de la cámara 21.
El conducto 37 presenta una salida 44 que está dispuesta en el lado de admisión 14 y comunica con un paso 45 dispuesto en una parte 46 del colector de admisión 13. La parte 46 está acoplada de modo estanco con la parte lateral 22 de modo que admite los gases de escape recirculados dentro del flujo de aire exterior que entra al motor 1. En particular, el colector 13, en el que tiene lugar la mezcla de los gases recirculados con el aire del exterior, comprende medios y tuberías de tipo conocido (que no se ilustran en las figuras 1 y 2) que son indispensables para la distribución uniforme de dichos gases en los diversos conductos de admisión 12.
La variante ilustrada en la figura 4 difiere de la solución ilustrada en las figuras 1 a 3 en que la válvula 28 (parcialmente ilustrada) está integrada en la parte 46 del colector 13 en lugar de en la parte 29 del colector 17 de modo que controla la abertura y el cierre del paso 45 corriente abajo del conducto 37.
De acuerdo con un variante de realización que no se ilustra, la salida 44 del conducto 37 comunica con un colector que es diferente del colector 13 y que está adaptado para distribuir los gases de escape a los diversos conductos de admisión 12.
Según la variante ilustrada en la figura 5, el conducto 37 comunica, corriente abajo, con un colector 48 dispuesto directamente en la culata 3 y adaptado para distribuir los gases de escape directamente en los conductos 12. El colector 48 comprende un canal ciego 49 que comunica con el conducto 37 y que se extiende a lo largo del lado de admisión 14 en una posición adyacente a los conductos 12, y una pluralidad de agujeros 50, cada uno de los cuales se extiende entre dicho canal 49 y un conducto de admisión asociado 12.
En la etapa de producción del motor 1 el conducto 37 se obtiene directamente durante la producción de la fundición de la aleación ligera de la culata 3. En la etapa de montaje del motor 1 y el sistema 27 simplemente es necesario acoplar los colectores 13 y 17 a dicha culata, fijándose una junta de estanqueidad en la entrada 35 y en la salida 44 del conducto 37 por medio de juntas de tipo conocido.
En funcionamiento, el conducto 37 que pasa a través de la culata 3 comunica directamente los colectores 17 con el colector 13 ó 48 y, al mismo tiempo, la parte lateral 22 define un intercambiador de calor que comprende, por un lado, las superficies 41 y los deflectores 43 y, en el otro lado, la cámara 21 y las aletas 25 para la refrigeración de los gases de escape recirculados.
De hecho, parte del calor de los gases de escape transportados en el conducto 37 se transfiere a la parte lateral 22 a través de los deflectores 43 y las superficies 41, y se transmite a través de dicha parte lateral 22 por conducción. El líquido de refrigeración que circula por la cámara 21, por un lado, y el aire exterior que actúa en las aletas 25, por el otro lado, extraen continuamente el calor desde la parte lateral 22 reduciendo de este modo la temperatura de los gases de escape recirculados a los colectores 13, 48.
Es evidente a partir de lo anterior que la culata 3 incorpora tanto la función de recirculación de los gases de escape desde el lado de escape 18 hacia el lado de admisión 14, como la función de intercambio de calor para la refrigeración de los gases recirculados. Por lo tanto, por un lado, el sistema 27 presenta unos costes de producción reducidos, a la vista de que el intercambiador de calor definido por la parte lateral 22 se forma en la fundición de la culata 3 y, por otro lado, presenta un tiempo de montaje extremadamente corto. De hecho, simplemente es necesario acoplar los colectores 13 y 17 a la culata 3, sin que sea necesario fijar ni un intercambiador de calor externo ni trozos de tubos para que conecten los colectores 13, 17 como sucede en las soluciones conocidas.
Por las mismas razones, el sistema 27 ocupa muy poco espacio y de este modo facilita, con respecto a las soluciones conocidas, la disposición de los diversos conjuntos en el compartimiento del motor y las operaciones de montaje /desmontaje, las inspecciones y los mantenimientos periódicos de los propios conjuntos.
Además, se hace evidente a partir de lo anterior que no hay componentes interconectados que estén sometidos a expansiones térmicas diferentes y que no estén presentes ya en motores que no tienen un sistema EGR, tales como la culata y el colector de escape, y que de este modo no es necesario la disposición de elementos de compensación térmica caros y delicados.
Finalmente, es evidente a partir de lo anterior que el motor 1 descrito se puede someter a modificaciones y variaciones que no se salen del alcance de la protección de la presente invención.
En particular, el conducto 37 se puede disponer sólo en parte de la culata 3 y/o la refrigeración de los gases de escape se puede realizar por medio de una estructura diferente de la que se ha indicado, por ejemplo mediante la disposición de aletas en la cámara 21, y/o mediante la disposición del conducto 37 en una posición intermedia entre dos cámaras de refrigeración 21.
Además, los deflectores 43 se podrían ondular en la dirección A de modo que aumente la superficie que actúa sobre los gases que pasan a través de los canales 40, y/o la válvula 28 se podría integrar parcialmente en la culata 3.
Finalmente, el motor 1 podría funcionar según el ciclo Otto en lugar del ciclo diesel y/o se podría emplear en otros sectores que en el sector del automóvil.

Claims (4)

1. Motor de combustión interna (1), en particular para un vehículo, que comprende una pluralidad de cilindros (2); una culata (3) que define, para cada uno de los cilindros (2), por lo menos un conducto de escape (16) para los gases de escape y por lo menos un conducto de admisión (12); un colector (17) de escape que comunica con dichos conductos de escape (16); y un sistema (27) para la recirculación de los gases de escape a partir de dicho colector de escape (17) hacia dichos conductos de admisión (12), y que comprende un colector de distribución (13; 48) para la distribución de los gases de escape recirculados a dichos conductos de admisión (12), y un conducto de recirculación (37) que se extiende entre dicho colector de escape (17) y dicho colector de distribución (13; 48); que está dispuesta por lo menos una parte de dicho conducto de recirculación (37) directamente en dicha culata (3); comprendiendo dicha culata (3) medios de intercambio de calor (22) para la refrigeración de dichos gases de escape recirculados, comprendiendo dichos medios de intercambio de calor (22) por lo menos una cámara de refrigeración (21) dispuesta en dicha culata (3) y que forma parte de un circuito de refrigeración de dicho motor (1), y una pluralidad de aletas de intercambio de calor (25):
caracterizado porque dichas aletas de intercambio de calor (25) se extienden hacia el exterior de dicha culata (3) en el lado opuesto de dicho conducto de recirculación (37) con respecto a dicha cámara de refrigeración (21).
2. Motor según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de intercambio de calor (22) comprenden una pluralidad de deflectores de intercambio de calor (43) dispuestos en dicho conducto de recirculación (37) de modo que divide una parte (39) de dicho de conducto de recirculación (37) en una pluralidad de canales (40).
3. Motor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho conducto de recirculación (37) está dispuesto enteramente dentro de dicha culata (3) y presenta una entrada (35) y una salida (44) acopladas de una forma estanca directamente a dicho colector de escape (17) y, respectivamente, a dicho colector de distribución (13).
4. Motor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho conducto de recirculación (37) comunica con dicho colector de distribución (48) dispuesto directamente en dicha culata (3).
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