ES2572708T3 - Dispositivo para la conducción de gases de escape en un motor de combustión interna - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para la conducción de gases de escape en un motor de combustión interna con un intercambiador de calor (12) con un carcasa interior (39) y una carcasa exterior (34), una chapaleta de derivación (56), una caja de mezcla (10), en la que está soportada la chapaleta de derivación (56), y que está fijada al intercambiador de calor (12), un primer asiento de válvula (60), que está formado en la caja de mezcla (10) y sobre el que reposa la chapaleta de derivación (56) en el estado que cierra la derivación, un segundo asiento de válvula (62), sobre el que reposa la válvula de chapaleta de derivación (56) en el estado que cierra el intercambiador de calor (12), caracterizado por que en la carcasa interior (39) del intercambiador de calor (12) está formado un collarín (64) que forma el segundo asiento de válvula (62).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna
La invencion se refiere a un dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna con un intercambiador de calor con una carcasa interior y una carcasa exterior, una chapaleta de derivacion, una caja de mezcla, en la que esta soportada la chapaleta de derivacion y que esta fijada al intercambiador de calor, un primer asiento de valvula, que esta formado en la caja de mezcla y sobre el que reposa la chapaleta de derivacion en el estado que cierra la derivacion, y un segundo asiento de valvula, sobre el que reposa la chapaleta de derivacion en el estado que cierra el intercambiador de calor.
Este tipo de dispositivos para la conduccion de gases de escape se emplean sobre todo en el campo de la recirculacion de gases de escape en motores de combustion interna en automoviles. A este respecto, los gases de escape que se generan en el proceso de combustion se alimentan de nuevo al proceso de combustion a traves de un conducto de recirculacion de gases de escape para disminuir las emisiones contaminantes. Se consigue una reduccion adicional, en particular del oxido nitrico que se genera, mediante el enfriamiento de los gases de escape y la disminucion asociada a ello de la temperatura de combustion, por lo que se introducen refrigeradores de gases de escape. Sin embargo, este efecto fracasa durante la fase de calentamiento del motor de combustion interna, ya que las bajas temperaturas impiden un arranque del catalizador, con lo cual ya no se eliminan hidrocarburos y monoxidos de carbono. Por este motivo, en motores de combustion interna modernos los refrigeradores de gases de escape pueden rodearse, al menos durante la fase de calentamiento, mediante una derivacion, con lo cual se acorta notablemente el tiempo de subida de la temperatura.
Se han dado a conocer diversos dispositivos y, en particular, modulos con refrigeradores, chapaletas de derivacion y valvulas de recirculacion de gases de escape. Con frecuencia existe a este respecto el problema de que, con un espacio constructivo pequeno, se produce, debido a las necesarias desviaciones del flujo de gases de escape, una perdida de presion aumentada, que conduce a su vez a un gradiente de barrido reducido y por tanto a tasas de recirculacion de gases de escape reducidas.
Por este motivo, en el documento DE 10 2006 035 423 A1 se da a conocer un dispositivo de recirculacion de gases de escape, en el que una chapaleta de derivacion dispuesta en una caja de mezcla y por delante de un refrigerador de gases de escape presenta dos posiciones finales, de las cuales, en la primera posicion final puede producirse un flujo de entrada esencialmente recto a un intercambiador de calor. En caso de rodear el intercambiador de calor, los gases de escape deben desviarse aproximadamente 90°. Para evitar aqui perdidas de presion demasiado altas, el flujo choca contra la chapaleta de derivacion, en su otra posicion final, en un angulo de aproximadamente 45°. Los gases de escape siguen fluyendo aproximadamente en el mismo angulo desde la superficie de la chapaleta, de modo que se obtiene una desviacion suave con una perdida de presion notablemente reducida.
Para ello, en la caja de mezcla se fija mediante ajuste a presion una tubuladura cortada oblicuamente, cuya superficie oblicua forma el segundo asiento de valvula. Este montaje es complicado y requiere un procesamiento mecanico de la caja de mezcla, de modo que existe un esfuerzo de fabricacion y montaje aumentado para la provision de este asiento de valvula.
Por tanto, se plantea el objetivo de proporcionar un dispositivo para la recirculacion de gases de escape con una pequena perdida de presion tanto durante el flujo a traves del mismo como al rodear el refrigerador de gases de escape, el cual pueda crearse con un esfuerzo de montaje y fabricacion reducido.
Este objetivo se consigue mediante un dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna con las caracteristicas de la reivindicacion principal.
Debido a que en la carcasa interior del intercambiador de calor esta formado un collarin que forma el segundo asiento de valvula, mediante la fijacion de la carcasa del intercambiador de calor a la caja de mezcla se monta al mismo tiempo el asiento de valvula. Asi se suprimen etapas de procesamiento de la caja de mezcla.
Preferiblemente, la carcasa interior presenta una placa de brida, en la que esta formado el collarin. Esta placa de brida forma una superficie recta, que puede utilizarse para la fijacion dimensionalmente exacta del collarin, de modo que el asiento de valvula esta alineado correctamente con respecto a la chapaleta de derivacion.
Para que, a este respecto, el numero de componentes pueda mantenerse lo mas reducido posible, la placa de brida delimita al mismo tiempo un canal para agente refrigerador entre la carcasa interior y la carcasa exterior axial.
Preferiblemente, la caja de mezcla esta fijada, con la interposicion de la placa de brida, a la carcasa exterior del intercambiador de calor, de modo que se obtiene un posicionamiento mutuo de las tres piezas carcasas/caja en una sola etapa de fijacion.
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En una forma de realizacion preferida, el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de haz de tubos, cuyos tubos estan fijados a aberturas de la placa de brida, conformadas de manera correspondiente a los tubos, estando el collarin fijada al lado opuesto de la placa de brida y adentrandose en la caja de mezcla. Asi, el collarin tambien puede soldarse firmemente durante la operacion de soldadura de los tubos al intercambiador de calor, de modo que no se requiere ninguna etapa de fijacion adicional.
Resulta ventajoso que la chapaleta de derivacion este fijada excentricamente sobre un arbol soportado en la caja de mezcla y que repose, en el estado cerrado, en cada caso circunferencialmente sobre el respectivo asiento de valvula, ya que de esta manera se consigue una alta estanqueidad en el estado cerrado.
Una disposicion especialmente compacta con muy poco espacio constructivo axial se obtiene cuando el flujo puede recorrer el intercambiador de calor en forma de U y la placa de brida constituye la entrada y la salida del intercambiador de calor, estando dispuestas la entrada y la salida en lados opuestos del soporte del arbol de la chapaleta de derivacion.
Para garantizar que durante el ensamblaje se consigue un correcto posicionamiento de la chapaleta con respecto al asiento de valvula, en la caja de mezcla estan formadas aberturas, en las que se adentran elementos de posicionamiento, que estan dispuestos en el intercambiador de calor. Mediante esta correcta alineacion del asiento de valvula con respecto al cuerpo de la chapaleta se garantiza una alta estanqueidad en el estado cerrado de la chapaleta.
En una realizacion especialmente preferida, los tornillos, mediante los cuales la placa de brida esta fijada a la carcasa exterior del intercambiador de calor, sirven como elementos de posicionamiento, de modo que puede prescindirse de elementos adicionales para la alineacion, de modo que se consigue un asiento exacto sin etapas de montaje adicionales.
En una realizacion alternativa ventajosa, la caja de mezcla esta alineada, mediante pasadores de ajuste, con respecto al intercambiador de calor. Si bien en este caso se necesita una etapa de fabricacion adicional, pueden conseguirse sin embargo aun mayores precisiones de tolerancia en el montaje de ambas carcasas una con respecto a la otra.
Preferiblemente, una pared formada en el lado del collarin opuesto a la salida del intercambiador de calor tiene una extension mayor que una pared formada en el lado dirigido a la salida del intercambiador de calor, de modo que el angulo de regulacion de la valvula se hace mas pequeno. Al mismo tiempo se produce una desviacion suave del flujo de gases, de modo que se evitan en la mayor medida posible perdidas de presion que se producen por la formacion de torbellinos con una brusca desviacion perpendicular.
Una reduccion adicional de la perdida de presion que aparece se consigue cuando en la caja de mezcla aguas arriba de la chapaleta de derivacion esta dispuesta una valvula de recirculacion de gases de escape, cuya salida esta dispuesta frente a la entrada del intercambiador de calor, ya que de esta manera se evita en primer lugar un cambio de direccion del flujo al entrar el flujo en la caja de mezcla.
Por tanto se crea un dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna que, por un lado, puede fabricarse en un espacio constructivo pequeno con pocas etapas de montaje y, por otro lado, presenta una alta estanqueidad de la valvula con pocas perdidas de presion en el estado cerrado del intercambiador de calor.
En las figuras se representa un ejemplo de realizacion de un dispositivo para la conduccion de gases de escape segun la invencion en un motor de combustion interna y se describe a continuacion.
La figura 1 muestra una vista parcialmente en seccion de un fragmento del dispositivo segun la invencion en representacion en perspectiva.
La figura 2 muestra una vista lateral de un fragmento del dispositivo segun la invencion justo antes del ensamblaje en una representacion en perspectiva.
El dispositivo para la conduccion de gases de escape segun la invencion, representado en las figuras, consiste en una caja de mezcla 10, en la que esta fijado un intercambiador de calor 12. La caja de mezcla 10 presenta una abertura 14, en la que esta introducida una valvula de recirculacion 16 de gases de escape configurada como valvula de insertion, que esta fijada mediante tornillos 18 a una brida 20, que rodea la abertura 14.
La valvula de recirculacion 16 de gases de escape presenta una carcasa 22 de flujo con una entrada 24 y una salida 26, que en cada caso desembocan en la caja de mezcla 10. Entre la entrada 24 y la salida 26 se encuentra un cuerpo de valvula, que no puede identificarse en los dibujos, mediante el cual puede regularse una seccion transversal de paso de flujo desde la entrada 24 hacia la salida 26 conforme al control de un actuador 28.
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En la prolongacion de la salida 26 de la valvula de recirculacion 16 de gases de escape se encuentra una entrada 30 de un intercambiador de calor 12, de modo que con la valvula de recirculacion 16 de gases de escape abierta pueden fluir gases de escape de la salida 26, a traves de un espacio 32 de entrada formado en la caja de mezcla 10, a la entrada 30 del intercambiador de calor 12.
El intercambiador de calor 12 es en el presente ejemplo de realizacion un intercambiador de calor de haz de tubos planos, que presenta una carcasa exterior 34, que delimita radialmente hacia fuera una cubierta para agente refrigerante y por la que discurren los tubos planos del intercambiador de calor 12. Estos tubos planos estan soldados en cada caso a aberturas 36 formadas de manera correspondiente en una placa de brida 38 y presentan forma de U, de modo que ambos extremos de los tubos planos desembocan en las aberturas 36 de la misma placa de brida 38. Asi, los tubos planos forman con la placa de brida 38 una carcasa interior 39 del intercambiador de calor 12. Las aberturas 36 de esta placa de brida 38 no solo forman la entrada 30 sino tambien la salida 40, en la que desembocan los segundos extremos de los tubos planos. Esta salida 40 desemboca en un espacio 42 de salida en la caja de mezcla 10 que presenta una abertura 44 de salida, a traves de la cual los gases de escape pueden abandonar la caja de mezcla 10.
Para su union con la carcasa exterior 34, la placa de brida 38 se fija a una brida 46 en la carcasa exterior 34, pudiendo realizarse esto o bien mediante soldadura fuerte o soldadura blanda o bien, en el presente ejemplo de realizacion, mediante tornillos 48.
La caja de mezcla 10 se une, mediante tornillos no representados, igualmente a traves de una brida 50 formada en la caja de mezcla 10, pero a traves de otro dibujo de orificios, con la placa de brida 38 y la carcasa exterior 34, con la interposicion de una junta 52 de estanqueidad. Se realiza a este respecto un posicionamiento previo de la caja de mezcla 10 con respecto a la placa de brida 38, utilizando las cabezas de los tornillos 48, que sirven para el montaje de la placa de brida 38 en la carcasa exterior 34, como pasadores de ajuste, adentrandose estos en correspondientes aberturas 54 en la brida 50 de la caja de mezcla 10.
Para poder ahora conducir gases de escape opcionalmente o bien a traves del intercambiador de calor 12 o bien rodeando el intercambiador de calor 12 directamente hacia la abertura 44 de salida de la caja de mezcla 10, esta soportada en la caja de mezcla 10 una chapaleta de derivacion 56 excentricamente a traves de un arbol 58. La chapaleta de derivacion 56 presenta dos posiciones finales, en las que cierra o bien la entrada 30 del intercambiador de calor 12 o bien un canal de derivacion, formado por una union directa del espacio 32 de entrada con el espacio 42 de salida en la caja de mezcla 10. Entre el espacio 32 de entrada y el espacio 42 de salida esta formado de manera correspondiente un primer asiento de valvula 60 circunferencial en la caja de mezcla 10, sobre el que reposa circunferencialmente la chapaleta de derivacion 56 en la posicion que cierra el canal de derivacion.
Segun la invencion, un segundo asiento de valvula 62 se forma mediante un collarin 64, que esta fijado a la placa de brida 38 del intercambiador de calor 12 en el lado opuesto al primer extremo de tubo plano, en particular mediante soldadura, y por tanto se adentra en el espacio 32 de entrada de la caja de mezcla 10. El posicionamiento prescrito es importante para poder conseguir un cierre estanco cuando la chapaleta de derivacion 56 reposa sobre el collarin 64, aunque el collarin 64, a diferencia de la chapaleta de derivacion 56, no esta fijado directamente, sino solamente de manera indirecta a traves de la placa de brida 38, a la caja de mezcla 10. El montaje del collarin 64 resulta sin embargo muy sencillo.
Una pared 66 del collarin 64, mas alejada de la salida 40 del intercambiador de calor 12, se adentra notablemente mas en el espacio 32 de entrada que una pared 68 del collarin 64 que apunta hacia la salida 40. Estas dos paredes 66, 68 opuestas estan unidas entre si por sus extremos mediante paredes 70 que discurren de manera correspondientemente oblicua. Las paredes 66, 68, 70 del collarin 64 rodean todas las aberturas 36 de la placa de brida 38 que sirven como entrada 30. Las paredes 70 forman a este respecto un angulo de aproximadamente 35°, de modo que la chapaleta de derivacion 56 solo presenta un margen de ajuste de aproximadamente 55°. Para que la chapaleta de derivacion 56 pueda reposar con su zona de borde completamente sobre el segundo asiento de valvula 62, el arbol 58 esta soportado en la caja de mezcla 10 aproximadamente a la altura de la pared 68 que apunta hacia la salida 40 y en paralelo a la misma. A este respecto, el arbol 58 limita en el estado montado directamente con la pared 68. El primer asiento de valvula 60 tambien esta dispuesto a la altura del arbol 58.
Un extremo del arbol 58 sobresale de la caja de mezcla 10 hacia fuera. En este extremo del arbol 58 esta dispuesta una excentrica 72, que puede unirse de manera conocida con un actuador no representado.
En la figura 1, la chapaleta de derivacion 56 se encuentra en el estado que cierra el canal de derivacion, separa de manera correspondiente el espacio 32 de entrada del espacio 42 de salida de la caja de mezcla 10, reposando de manera circundante sobre el primer asiento de valvula 60. En este estado, los gases de escape fluyen desde la valvula de recirculacion 16 de gases de escape, sin desviarse, en linea recta a traves del espacio 32 de entrada a traves de la chapaleta de derivacion 56 hasta la entrada 30 del intercambiador de calor 12, que esta dispuesta directamente frente a la salida 26 de la valvula de recirculacion 16 de gases de escape. Desde aqui, los gases de escape fluyen por los tubos planos del intercambiador de calor 12 y se enfrian por el agente refrigerante que fluye entre los tubos planos en la cubierta para agente refrigerante. Fluyen en forma de U por el intercambiador de calor
12 y salen a traves de las aberturas 36 en la salida 40 al espacio 42 de salida de la caja de mezcla 10. A traves de la abertura 44 de salida, los gases de escape abandonan la caja de mezcla y pueden alimentarse de nuevo a los cilindros del motor de combustion interna.
5 Durante la fase de calentamiento, es decir tras el arranque en frio, se desea, para una subida de temperatura mas rapida del motor de combustion interna, que los gases de escape se pongan a disposicion del proceso de combustion sin refrigerar. En este caso, la chapaleta de derivacion 56 se encuentra en el segundo asiento de valvula 62 formado en el collarin 64. Por tanto, los gases de escape procedentes de la salida 26 de la valvula de recirculacion 16 de gases de escape fluyen en el espacio 32 de entrada en direccion a la chapaleta de derivacion 56.
10 Debido a su posicion oblicua con respecto a la direccion de flujo principal gracias a la configuracion oblicua del segundo asiento de valvula 62, los gases de escape se desvian de manera mas suave y llegan, atravesando el primer asiento de valvula 60, desde el espacio 32 de entrada, rodeando el intercambiador de calor 12, directamente al espacio 42 de salida y por tanto a la abertura 44 de salida. Se evita asi en la mayor medida posible una formacion de torbellinos, que conduciria a una perdida de presion demasiado elevada.
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De manera correspondiente, el segundo asiento de valvula 62 puede alinearse mediante el collarin 64, con poco esfuerzo y sin que sea necesario un procesamiento mecanico de la caja de mezcla 10, a traves de la placa de brida 38 con respecto a la chapaleta de derivacion 56, reduciendose las perdidas de presion en la conduccion de gases de escape.
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Deberia quedar claro que el alcance de protection no se limita al ejemplo de realization descrito. Asi, son igualmente concebibles diversas modificaciones constructivas, asi como otro tipo de fijacion del collarin a la placa de brida o el empleo de intercambiadores de calor configurados de otro modo, como por ejemplo refrigeradores de fundicion a presion con una carcasa interior y una carcasa exterior o refrigeradores con paso de flujo en forma de i.
25 Tambien puede implementarse una alineacion y por tanto un posicionamiento aun mas exacto de la caja de mezcla con respecto al intercambiador de calor y por tanto con respecto al collarin a traves de pasadores de ajuste adicionales, sin salirse del alcance de proteccion de la reivindicacion principal.

Claims (12)

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    20
    25
    30
    35
    40
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    50
    55
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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna con un intercambiador de calor (12) con un carcasa interior (39) y una carcasa exterior (34), una chapaleta de derivacion (56), una caja de mezcla (10), en la que esta soportada la chapaleta de derivacion (56), y que esta fijada al intercambiador de calor (12), un primer asiento de valvula (60), que esta formado en la caja de mezcla (10) y sobre el que reposa la chapaleta de derivacion (56) en el estado que cierra la derivacion, un segundo asiento de valvula (62), sobre el que reposa la valvula de chapaleta de derivacion (56) en el estado que cierra el intercambiador de calor (12), caracterizado por que en la carcasa interior (39) del intercambiador de calor (12) esta formado un collarin (64) que forma el segundo asiento de valvula (62).
  2. 2. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la carcasa interior (39) presenta una placa de brida (38), en la que esta formado el collarin (64).
  3. 3. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la placa de brida (38) delimita axialmente un canal para agente refrigerador entre la carcasa interior (39) y la carcasa exterior (34).
  4. 4. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado por que la caja de mezcla (10) esta fijada, con la interposition de la placa de brida (38), a la carcasa exterior (34) del intercambiador de calor (12).
  5. 5. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el intercambiador de calor (12) es un intercambiador de calor de haz de tubos, cuyos tubos estan fijados a aberturas (36), conformadas de manera correspondiente a los tubos, de la placa de brida (38), estando el collarin (64) fijado al lado opuesto de la placa de brida (38) y adentrandose en la caja de mezcla (10).
  6. 6. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la chapaleta de derivacion (56) esta fijada excentricamente sobre un arbol (58) soportado en la caja de mezcla (10) y, en el estado cerrado, reposa en cada caso circunferencialmente sobre el respectivo asiento de valvula (60, 62).
  7. 7. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el intercambiador de calor (12) puede ser atravesado en forma de U por el flujo y la placa de brida (38) forma una entrada (30) y una salida (40) del intercambiador de calor (12), estando dispuestas la entrada (30) y la salida (40) en lados opuestos del soporte del arbol (58) de la chapaleta de derivacion (56).
  8. 8. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la caja de mezcla (10) estan formadas aberturas (54), en las que se adentran elementos de posicionamiento (48) que estan dispuestos en el intercambiador de calor (12).
  9. 9. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun la reivindicacion 2, caracterizado por que los tornillos (48), mediante los cuales esta fijada la placa de brida (38) a la carcasa exterior (34) del intercambiador de calor (12), sirven como elementos de posicionamiento.
  10. 10. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun la reivindicacion 8, caracterizado por que la caja de mezcla (10) esta alineada, mediante pasadores de ajuste, con respecto al intercambiador de calor (12).
  11. 11. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una pared (66) formada en el lado del collarin (64) opuesto a la salida (40) del intercambiador de calor (12) tiene una extension mayor que una pared (68) formada en el lado dirigido hacia la salida (40) del intercambiador de calor (12).
  12. 12. Dispositivo para la conduccion de gases de escape en un motor de combustion interna segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la caja de mezcla (10), aguas arriba de la chapaleta de derivacion (56), esta dispuesta una valvula de recirculation (16) de gases de escape, cuya salida (26) esta dispuesta frente a la entrada (30) del intercambiador de calor (12).
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