ES2644396T3 - Colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustión interna - Google Patents

Colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustión interna Download PDF

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ES2644396T3 ES15157422.5T ES15157422T ES2644396T3 ES 2644396 T3 ES2644396 T3 ES 2644396T3 ES 15157422 T ES15157422 T ES 15157422T ES 2644396 T3 ES2644396 T3 ES 2644396T3
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Mario Wegener
Uwe Fischer
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Tobias Gockel
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Description

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DESCRIPCION
Colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustion interna
La invencion se refiere a un colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustion interna segun las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.
Un colector de escape para instalarlo en la culata de un motor de combustion interna es un componente del sistema de escape. El colector de escape, fijado directamente a la culata del motor de combustion interna, sirve para reunir los gases de escape que salen de los distintos cilindros y conducirlos a una salida de gases de escape. Un colector de escape se denomina tambien frecuentemente codo de gases de escape.
Los colectores de escape construidos con paredes delgadas tienen la ventaja de que, tras el arranque en fno, se mejora la masa termica y por lo tanto el comportamiento de respuesta de un catalizador montado a continuacion. Ademas, los colectores de escape aislados por un espacio de aire tienen la ventaja de que, mediante el efecto aislante del espacio de aire, se reducen las perdidas de calor de los gases de escape en su camino hacia el catalizador, con lo que se consigue un calentamiento mas rapido o se alcanza mas rapidamente la temperatura de servicio del catalizador tras el arranque en fno del motor.
Un colector de escape aislado por espacio de aire pertenece al estado de la tecnica por el documento US 5 729 975 A. Este presenta un sistema de tubos interiores y una cubierta exterior, que rodea el sistema de tubos interiores a cierta distancia del mismo, asf como una brida de entrada y una brida de salida. El documento DE 101 02 637 A1 tambien describe un colector de escape para la conduccion de gases de escape. El colector de escape tiene un sistema de tubos interiores, que esta configurado como una cubierta interior en el mismo y que esta rodeado por una cubierta exterior, de manera que entre la cubierta interior y la cubierta exterior esta formado un espacio de aire. En el lado de entrada de gases de escape estan previstas unas bridas de entrada con aberturas de entrada. En una seccion central del colector de escape, los gases de escape que afluyen a traves de las bridas de entrada se reunen en una brida de salida comun.
Por el documento EP 2 207 950 B1 se conoce un colector de escape aislado por espacio de aire, que en esencia consta de tres componentes: una cubierta exterior, una cubierta interior y una brida que puede fijarse a la culata del motor de combustion interna. La cubierta exterior y la cubierta interior estan configuradas respectivamente en forma de caperuza y presentan en cada caso un collar periferico, estando el collar de la cubierta exterior unido a la brida y estando el collar de la cubierta interior aprisionado entre el collar de la cubierta exterior y la brida. Para conseguir este aprisionamiento estan conformados en el collar de la cubierta interior varios abombamientos en forma de botones o de ondas, que se apoyan en puntos del collar de la cubierta exterior y/o de la brida.
El documento EP 1 206 631 B1 describe un colector de escape con una carcasa colectora de gases de escape para la recepcion de gases de escape de la culata, que presenta un dispositivo de obturacion dispuesto entre la carcasa colectora de gases de escape y la culata. La carcasa colectora de gases de escape esta provista de unas escotaduras de tal manera que puede unirse directamente a la culata mediante unos medios de fijacion, siendo posibles movimientos entre la carcasa colectora de gases de escape y la culata provocados por la accion del calor. En este contexto resulta costoso el dispositivo de obturacion adicional entre el sistema exterior, o la carcasa colectora de gases de escape, y la fijacion mediante los medios de fijacion.
Del documento US 5 916 137 A se desprende un colector de escape con una estructura de doble pared. Este comprende una cubierta interior y una cubierta exterior que forman tubuladuras de admision individuales, estando las tubuladuras de admision unidas mecanicamente a una brida de salida.
Por el documento EP 1 365 121 A1 se conoce otro colector de escape para un motor de combustion interna. Este comprende al menos un tubo de escape y eventualmente una cubierta exterior que aloja los tubos de escape y al menos una brida de motor unida a los tubos de escape y/o a la cubierta exterior para unir el colector de escape a un motor de combustion interna. La union entre los tubos de escape y las bridas de motor, asf como en caso dado entre los tubos de escape y la cubierta exterior y/o entre la cubierta exterior y las bridas de motor, esta configurada como una union soldada.
El estado de la tecnica incluye ademas, por el documento DE 102 23 838 C1, una disposicion para la conduccion de gases de escape. La disposicion comprende una estructura hueca, que tiene una envoltura exterior y una envoltura interior, estando una brida unida en un extremo a la estructura hueca. La envoltura interior sale de la envoltura exterior por el lado de la brida y, con un reborde orientado hacia el exterior, envuelve una seccion final de la envoltura exterior por su periferia exterior. El reborde esta insertado en la brida junto con la seccion final y unido a la brida por adherencia de materiales en el lado de la brida opuesto a la desembocadura de la estructura hueca.
En general se hacen esfuerzos por simplificar desde el punto de vista constructivo los tipos de colectores de escape conocidos. En este contexto suponen especialmente un reto las grandes cargas termicas a las que estan sometidos los componentes de un colector de escape, que pueden tener como resultado problemas de durabilidad.
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Partiendo del estado de la tecnica, la invencion tiene el objetivo de mejorar funcionalmente un colector de escape y aumentar su durabilidad.
Este objetivo se logra segun la invencion mediante un colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustion interna segun las caractensticas de la reivindicacion 1.
Las reivindicaciones dependientes 2 a 7 tienen por objeto configuraciones ventajosas y perfeccionamientos del colector de escape segun la invencion.
Segun la invencion, la cubierta interior presenta, en su borde del lado de la brida de entrada, una brida desplazada hacia el exterior. En la brida de entrada esta configurado un alojamiento. La cubierta interior esta situada con la brida en el alojamiento. La cubierta exterior esta situada con su borde del lado de la brida de entrada tambien en el alojamiento y se apoya aqm, al menos por secciones, en la brida de la cubierta interior y esta unida al alojamiento.
El sistema interior del colector de escape comprende al menos una y preferiblemente dos cubiertas interiores. Estas estan situadas, mediante su brida desplazada, en el alojamiento de la brida de entrada. De este modo, el sistema interior esta alojado de manera flotante en el colector de escape. La fijacion se realiza por medio de la cubierta exterior, que, en el lado que mira hacia la brida de entrada, interviene con su borde tambien en el alojamiento y se apoya, con los lados frontales de su borde, en la brida desplazada de la cubierta interior. La cubierta exterior esta soldada al alojamiento. De este modo se establece la hermeticidad a los gases del colector de escape. El sistema interior o las cubiertas interiores estan alojados de manera flotante, con lo que es posible compensar dilataciones termicas del sistema.
El sistema exterior del colector de escape consiste en la cubierta exterior. Esta se compone preferiblemente de al menos dos partes de cubierta, en particular una cubierta superior y una cubierta inferior. El sistema interior del colector de escape comprende, ademas de la cubierta interior o en particular las dos cubiertas interiores, una o dos secciones de tubo del lado de la salida, mediante las cuales las cubiertas interiores estan unidas a la brida de salida.
El colector de escape segun la invencion esta mejorado funcionalmente, tiene un diseno sencillo, es economico y tambien ventajoso en cuanto a la tecnica de montaje. La accion de conjunto de la cubierta interior, la cubierta exterior y la brida de entrada y la fijacion de estas entre sf reducen las tensiones termicas y las influencias termicas desventajosas y, en particular, se evitan temperaturas desventajosas en la cubierta exterior, que constituye la cubierta de soporte y hermetica a los gases del sistema, con lo que en suma se aumenta la durabilidad del colector de escape. Ademas se garantiza de un modo fiable y sencillo la hermeticidad del sistema sin que sean necesarios dispositivos de obturacion costosos. El colector de escape permite ademas un modo de construccion de peso reducido gracias a su configuracion y su diseno.
El alojamiento situado en la brida de entrada esta configurado a modo de compartimento y presenta un collar periferico que esta orientado o sobresale en direccion a la cubierta exterior. El collar esta configurado a modo de nervio o de tubuladura y se extiende perifericamente a lo largo del alojamiento. El contorno del collar esta adaptado al contorno exterior de la cubierta exterior. La cubierta exterior esta soldada al collar. En este contexto, resulta ventajoso que el collar tenga un espesor de pared que corresponda aproximadamente o en esencia al espesor de pared de la cubierta exterior. En la practica, el espesor de pared de la cubierta exterior y el espesor de pared del collar no debenan diferenciarse uno de otro en mas de un l5%. El espesor de pared en esencia igual del collar y la cubierta exterior mejora la union por tecnica de soldadura entre los componentes.
Puede lograrse una estabilizacion adicional de la cubierta interior si la cubierta interior esta unida en el alojamiento a la cubierta exterior al menos por secciones, especialmente por puntos. Esto puede llevarse a cabo para contrarrestar cargas dinamicas, en particular oscilaciones, en el sistema.
Un aspecto ventajoso de la invencion preve incorporar un material fibroso entre la cubierta interior y la cubierta exterior. El material fibroso tiene propiedades tanto aislantes como elasticas. En particular se emplea una manta de fibra de una o de varias piezas. El material fibroso fija la cubierta interior en la cubierta exterior y la aprisiona. De este modo, la cubierta interior esta en una posicion orientada dentro de la cubierta exterior. En este contexto es posible variar la fuerza de apriete sobre el sistema interior mediante el espesor de la manta con un espacio de aire determinado. Ademas, mediante el espesor del material fibroso o de la manta, la densidad del material fibroso y el tipo de material fibroso puede variarse la temperatura del sistema exterior. El material fibroso actua ademas de elemento amortiguador. El material fibroso entre la cubierta interior y la cubierta exterior soporta estos componentes uno contra otro. Puede prescindirse de elementos de apoyo o ayudas de posicionamiento adicionales, como por ejemplo tejidos de alambre. El material fibroso reduce ademas la carga termica de la cubierta exterior, lo que tambien resulta ventajoso para la durabilidad del colector de escape.
El sistema interior, que comprende una o varias cubiertas interiores, puede realizarse como un concepto de comparticion de componentes. En este contexto, el sistema interior puede adaptarse facilmente a los requisitos de flujo. Ademas es posible integrar constructivamente en la brida de entrada una geometna de conduccion de gases de escape, en particular mediante una configuracion correspondiente de las aberturas de entrada en la brida de entrada. Mediante el material fibroso, la o las cubiertas interiores estan alojadas de manera flotante en la cubierta
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exterior y sujetadas en su posicion. En particular se emplea una manta de fibra de una o de varias piezas preconfeccionada y preformada. El material fibroso se utiliza como elemento amortiguador y aprisiona el sistema interior del colector de escape. La union del sistema exterior, o sea de la cubierta exterior, a la brida de entrada se realiza mediante soldeo. Puede prescindirse de juntas o elementos pretensores adicionales entre la brida de entrada y el sistema exterior, con el efecto de un aumento de la robustez y un ahorro de costes. En el colector de escape segun la invencion tambien se minimizan las fugas entre el sistema interior y el sistema exterior, con lo que es posible reducir o evitar un desbordamiento no deseado de los gases de escape.
A continuacion se describe la invencion mas detalladamente por medio de un ejemplo de realizacion representado en los dibujos. Se muestran:
Figura 1 una vista de un colector de escape segun la invencion, con una cubierta exterior parcialmente
abierta y con visibilidad del sistema interior;
Figura 2 una representacion en seccion longitudinal a traves del colector de escape segun la Figura 1;
Figura 3 el colector de escape en una seccion transversal;
Figura 4 un despiece de los componentes del colector de escape en una vista desde delante y
Figura 5 un despiece en perspectiva de los componentes del colector de escape en una vista desde atras.
Por medio de las representaciones de las Figuras 1 a 5 se describe un colector 1 de escape segun la invencion para un sistema de escape de un motor de combustion interna.
El colector de escape presenta una brida 2 de entrada y una brida 3 de salida, un sistema interior consistente en dos cubiertas interiores 4, 5 y dos secciones 6, 7 de tubo del lado de la salida, asf como un sistema exterior que rodea el sistema interior a cierta distancia del mismo y que esta formado por una cubierta exterior 8, que se compone de dos partes 9, 10 de cubierta, es decir una cubierta superior y una cubierta inferior. Las partes 9, 10 de cubierta estan unidas entre sf, especialmente soldadas entre sf, en sus bordes 11, 12, que estan solapados uno a otro.
La brida 2 de entrada esta configurada para colocarla bajo apriete en la culata de un motor de combustion interna. A traves de unas aberturas 13, 14 de entrada en la brida 2 de entrada, que se comunican con las aberturas de salida de la bancada de cilindros, los gases de escape que fluyen desde los distintos cilindros del motor de combustion interna llegan a las cubiertas interiores 4, 5. Mediante las cubiertas interiores 4, 5, los gases de escape se reunen, se desvfan y se conducen a la brida 3 de salida a traves de las secciones terminales 6, 7 de tubo. Las cubiertas interiores 4, 5 del sistema interior tienen la misma configuracion geometrica y estan dispuestas simetricamente al eje central vertical. Las secciones terminales 6, 7 de tubo unen en cada caso una cubierta interior 4, 5 a la brida de salida 3. La brida 3 de salida presenta dos aberturas semicirculares 15, 16 de alojamiento, que estan separadas por un nervio central 17. En las aberturas 15, 16 de alojamiento terminan las secciones 6, 7 de tubo, que en el lado de la
brida de salida estan conformadas de manera que caben en union geometrica en las aberturas 15, 16 de
alojamiento. La brida 3 de salida esta unida por adherencia de materiales, en particular soldada, a la cubierta exterior 8. Con este fin esta prevista una tubuladura 18 en forma de corona en el lado de la brida 3 de salida que mira hacia la cubierta exterior 8. Esta tubuladura esta rodeada en su periferia exterior por unos tramos finales
redondeados 19, 20 de las partes 9, 10 de cubierta de la cubierta exterior 8, que estan adaptados en su
configuracion, y unida hermeticamente a los mismos. Mediante la brida 3 de salida se realiza el acoplamiento del colector 1 de escape a los componentes de escape montados a continuacion, en particular una tubena de escape o un turbocompresor.
Entre la cubierta exterior 8 y las cubiertas interiores 4, 5 esta incorporado un material fibroso 21 en forma de dos cuerpos 22, 23 de cubierta conformados a partir de una manta de fibra. La configuracion del cuerpo inferior 22 de cubierta y del cuerpo superior 23 de cubierta esta adaptada exteriormente al contorno interior de las partes 9, 10 de cubierta de la cubierta exterior 8 e interiormente al contorno exterior de las cubiertas interiores 4, 5. Mediante los cuerpos 22, 23 de cubierta compuestos de material fibroso 21, las cubiertas interiores 4, 5 son orientadas en su posicion en la cubierta exterior 8 en relacion con la brida 2 de entrada y sujetadas bajo apriete. De este modo se posicionan las cubiertas interiores 4, 5 en la cubierta exterior 8. El material fibroso 21 sirve ademas para aislar termicamente la cubierta exterior 8 en relacion con las cubiertas interiores 4, 5.
Las cubiertas interiores 4, 5 se tratan de piezas preformadas de chapa. Las cubiertas interiores 4, 5 presentan en el lado de admision, perifericamente en su borde 24 del lado de la brida de entrada, una brida 25 desplazada hacia fuera. En la brida 3 de entrada esta configurado un alojamiento 26. Las cubiertas interiores 4, 5 estan insertadas y posicionadas en el alojamiento 26 con la brida 25. La cubierta exterior 8 se extiende sobre las cubiertas interiores 4, 5 y esta introducida con su borde 27 del lado de la brida de entrada en el alojamiento 26. La cubierta exterior 8 descansa con el lado frontal 28 de su borde 27 sobre una parte de la periferia de las cubiertas interiores 4, 5, a tope en las bridas 25. El alojamiento 26 presenta un collar 29 periferico que sobresale en direccion a la cubierta exterior 8 y las cubiertas interiores 4, 5. Este esta adaptado en su configuracion al contorno del borde 27 de la cubierta exterior 8 y tambien al contorno de los lados longitudinales 30 y de los lados cortos exteriores 31 de las cubiertas interiores
4, 5. La cubierta exterior 8 esta unida al alojamiento 26. Con este fin, la cubierta exterior 8 esta soldada al collar 29. Entre las cubiertas interiores 4, 5 esta configurado, en la zona central 32 de la brida 2 de entrada, un nervio central 33. El nervio central 33 divide el alojamiento 26 en un compartimento 34 de alojamiento para la cubierta interior 4 y un compartimento 35 de alojamiento para la cubierta interior 5.
5 Mediante el material fibroso 21 o los cuerpos 22, 23 de cubierta, las cubiertas interiores 4, 5 estan alojadas de manera flotante en la cubierta exterior 8 y sujetadas en su posicion bajo apoyo elastico. En la zona central 32, los cuerpos 22, 23 de cubierta de material fibroso 21 presentan cada uno un apendice 36. Los apendices 36 del cuerpo inferior 22 de cubierta y del cuerpo superior 23 de cubierta miran uno hacia otro y sobresalen entre la cubierta interior 4 y la cubierta interior 5. De este modo, mediante los cuerpos 22, 23 de cubierta y la cubierta exterior 8, se 10 favorece el posicionamiento de las cubiertas interiores 4, 5.
La union de la cubierta exterior 8 a la brida 2 de entrada se realiza, como ya se ha explicado, por adherencia de materiales mediante soldeo. Con este fin, la cubierta exterior 8 esta soldada al collar 29. Para la union resulta ventajoso que el espesor si de pared del collar 29 corresponda en esencia al espesor s2 de pared de la cubierta exterior 8.
15 Las cubiertas interiores 4, 5 presentan unas estampaciones 37 que se extienden en la direccion de flujo desde las aberturas 13, 14 de entrada de la brida 2 de entrada. Las estampaciones 37 estan configuradas respectivamente en la zona de una seccion central 38 de la brida 2 de entrada, que se halla entre dos aberturas 13, 14 de entrada de la brida 2 de entrada. Las estampaciones 37 favorecen el flujo de los gases de escape a traves de las cubiertas interiores 4, 5 desde las aberturas 13, 14 de entrada de la brida 2 de entrada hasta la brida 3 de salida. Las 20 aberturas 39, 40 de salida de las cubiertas interiores 4, 5 desembocan respectivamente en una seccion 6, 7 de tubo, que esta solapado al extremo de las mismas.
El alojamiento 26 y el collar 29, al igual que la cubierta exterior 8 y los cuerpos 22, 23 de cubierta, estan adaptados en su contorno a la estampacion 37 de las cubiertas interiores 4, 5. El alojamiento 26 y el collar 29 presentan, en la zona de las secciones centrales 38, unas secciones perfiladas redondeadas 41 configuradas de manera 25 complementaria al contorno de las estampaciones 37. En la cubierta exterior 8 tambien estan conformadas unas estampaciones 42 adaptadas al contorno de las estampaciones 37 y de las secciones perfiladas 41. El cuerpo inferior 22 de cubierta y el cuerpo superior 23 de cubierta presentan unas combaduras 43 hacia dentro, complementarias a las estampaciones 37, 42.
Simbolos de referencia:
30 1 - Colector de escape
2 - Brida de entrada
3 - Brida de salida
4 - Cubierta interior
5 - Cubierta interior
35 6 -Seccion de tubo
7 - Seccion de tubo
8 - Cubierta exterior
9 - Parte de cubierta
10 - Parte de cubierta
40 11 - Borde
12 - Borde
13 - Abertura de entrada
14 - Abertura de entrada
15 - Abertura de alojamiento
45 16 - Abertura de alojamiento
17 - Nervio central
18 - Tubuladura
5
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15
20
25
19 - Tramo final
20 - Tramo final
21 - Material fibroso
22 - Cuerpo inferior de cubierta
23 - Cuerpo superior de cubierta
24 - Borde de 4, 5
25 - Brida de 4, 5
26 - Alojamiento
27 - Borde de 8
28 - Lado frontal
29 - Collar
30 - Lado longitudinal
31 - Lado corto
32 - Zona central
33 - Nervio central
34 - Compartimento de alojamiento de 4
35 - Compartimento de alojamiento de 5
36 - Apendice
37 - Estampacion
38 - Seccion central
39 - Abertura de salida
40 - Abertura de salida
41 - Secciones perfiladas
42 - Estampacion
43 - Combadura hacia dentro s1 - Espesor de pared
s2 - Espesor de pared

Claims (5)

  1. 10
  2. 2.
    15 3.
  3. 4.
    20 5.
  4. 6.
  5. 7.
    25
    REIVINDICACIONES
    Colector de escape para un sistema de escape de un motor de combustion interna con al menos una cubierta interior (4, 5), dispuesta en una cubierta exterior (8), y una brida (2) de entrada que puede fijarse a la culata del motor de combustion interna, asf como una brida (3) de salida, en donde la cubierta interior (4, 5) esta alojada de manera flotante en la cubierta exterior (8), en donde la cubierta interior (4, 5) presenta, en su borde (24) del lado de la brida de entrada, una brida (25) desplazada hacia el exterior y en la brida (2) de entrada esta configurado un alojamiento (26) que presenta un collar periferico (29) que sobresale en direccion a la cubierta exterior (8), en donde la cubierta interior (4, 5) esta posicionada con la brida (25) en el alojamiento (26) y la cubierta exterior (8) se apoya con su borde (27) del lado de la brida de entrada, al menos por secciones, en la brida (25) en el alojamiento (26) y esta unida al alojamiento (26), caracterizado por que
    la cubierta exterior (8) esta soldada al alojamiento (26), en particular al collar (29).
    Colector de escape segun la reivindicacion 1, caracterizado por que entre la cubierta interior (4, 5) y la cubierta exterior (8) esta incorporado un material fibroso (21).
    Colector de escape segun la reivindicacion 2, caracterizado por que la cubierta interior (4, 5) se halla en una posicion orientada dentro de la cubierta exterior (8) mediante el material fibroso (21).
    Colector de escape segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el collar (29) tiene un espesor (s1) de pared que corresponde en esencia al espesor (s2) de pared de la cubierta exterior (8).
    Colector de escape segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la cubierta interior esta unida en el alojamiento a la cubierta exterior al menos por secciones, en particular por puntos.
    Colector de escape segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la cubierta exterior (8) se compone de al menos dos partes (9, 10) de cubierta.
    Colector de escape segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la cubierta interior (4, 5) forma parte de un sistema interior y esta unida a la brida (3) de salida mediante una seccion (6, 7) de tubo.
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