ES2952310T3

ES2952310T3 - Dispositivo de calentamiento para un sistema de escape de un motor de combustión interna

Info

Publication number: ES2952310T3
Application number: ES21215225T
Authority: ES
Inventors: Sana Marco La; Emanuele Milani; Mauro Brignone; Luigi Lubrano
Original assignee: Marelli Europe SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2041-12-16
Also published as: IT202100001880A1; EP4036384A1; JP2022117437A; US11549416B2; EP4036384B1; CN114810290A; US20220243632A1

Abstract

Un dispositivo de calentamiento (6) para un sistema de escape (1) de un motor de combustión interna (2) y que tiene: un cuerpo tubular (12), donde en su interior se obtiene una cámara de combustión (7); un inyector de combustible (9), que está diseñado para inyectar combustible en la cámara de combustión (7); al menos una abertura de entrada (18), que se puede conectar a un ventilador (8) para recibir un flujo de aire, que se dirige a la cámara de combustión (7); un canal de alimentación (21), que recibe aire desde la abertura de entrada (18), rodea una porción extrema del inyector de combustible (9) y termina con una boquilla (22), que está dispuesta alrededor de un punto de inyección del inyector de combustible (9); y una bujía (10), que está montada a través de una pared lateral (16) del cuerpo tubular (12). El canal de alimentación (219) está delimitado, en su exterior, por un cuerpo tubular exterior (24). El inyector de combustible (9) está configurado para rociar al menos parte del combustible contra el cuerpo tubular exterior (24), que tiene una abertura pasante (33), a través de la cual pasa una punta rociadora del inyector de combustible (9) que deja salir el combustible. apunta directamente a los electrodos (31, 32) de la bujía (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de calentamiento para un sistema de escape de un motor de combustión interna

Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo de calentamiento de un sistema de escape de un motor de combustión interna.

Antecedentes de la técnica

Un sistema de escape de un motor de combustión interna comprende un tubo de escape, a lo largo del cual está instalado al menos un dispositivo para el tratamiento de los gases de escape procedentes del motor de combustión interna; en particular, siempre hay un catalizador (ya sea un catalizador de oxidación o un catalizador de reducción), al que se le puede añadir un filtro de partículas. El catalizador, para trabajar (es decir, para llevar a cabo una conversión catalítica), necesita funcionar a una temperatura de funcionamiento relativamente alta (un catalizador moderno trabaja a temperaturas incluso próximas a los 800 °C), ya que las reacciones químicas para la conversión de hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono en dióxido de carbono, agua y nitrógeno solo tienen lugar una vez que se ha alcanzado la temperatura de trabajo.

Durante una fase de arranque en frío (es decir, cuando el motor de combustión interna se enciende después de haber estado apagado durante mucho tiempo, provocando así que la temperatura de los diferentes componentes del motor de combustión interna alcancen la temperatura ambiente), la temperatura del catalizador se mantiene, durante un período de tiempo relativamente largo (incluso algunos minutos en invierno y durante un desplazamiento por la ciudad, durante el cual el motor de combustión interna opera al ralentí o muy lentamente), significativamente por debajo de la temperatura de funcionamiento. Como consecuencia, durante la fase de arranque en frío, es decir, durante la cantidad de tiempo en el que el catalizador aún no ha alcanzado su temperatura de funcionamiento, las emisiones contaminantes son muy elevadas, ya que el efecto de purificación del catalizador es próximo a cero o, en cualquier caso, es apenas efectivo.

Para acelerar que se alcance la temperatura de funcionamiento del catalizador, los documentos de patente EP0631039A1, WO2012139801A1, US8006487B2, US2011289906A1, EP0590699A1 y JP2005180371A1 sugieren instalar, a lo largo del tubo de escape, un dispositivo de calentamiento, que, quemando combustible, genera un flujo de aire (muy) caliente, que fluye a través del catalizador. En particular, el dispositivo de calentamiento comprende una cámara de combustión, que está conectada, en la salida, al tubo de escape (inmediatamente aguas arriba del catalizador) y está conectada, en la entrada, a un ventilador, que genera un flujo de aire que fluye a través de la cámara de combustión; en la cámara de combustión también hay un inyector de combustible, que inyecta combustible que se mezclará con aire y una bujía, que produce cíclicamente chispas para prender la mezcla aire-combustible con el fin de obtener la combustión que caliente el aire.

En los dispositivos de calentamiento conocidos, la combustión de combustible no siempre es completa en todas las condiciones de funcionamiento y, por lo tanto, puede suceder (especialmente cuando se inyecta una gran cantidad de combustible para desarrollar una gran cantidad de calor) que el combustible sin quemar llegue al tubo de escape y se queme dentro del tubo de escape, determinando así localmente aumentos de temperatura súbitos, inesperados y no deseados.

Descripción de la invención

El objeto de la invención es el de proporcionar un dispositivo de calentamiento para un sistema de escape de un motor de combustión interna, permitiendo dicho dispositivo de calentamiento una combustión completa de combustible (es decir, sin introducir combustible no quemado en el tubo de escape) y que sea, asimismo, sencillo y económico de fabricar.

Según la invención, se proporciona un dispositivo de calentamiento para un sistema de escape de un motor de combustión interna según las reivindicaciones adjuntas.

Las reivindicaciones adjuntas describen realizaciones preferidas de la invención y forman parte integral de la descripción.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos, que muestran algunas realizaciones no limitativas de la misma, en donde:

• la figura 1 es una vista esquemática parcial de un sistema de escape de un motor de combustión interna provisto de un dispositivo de calentamiento según la invención;

• la figura 2 es una vista esquemática en sección longitudinal, con partes eliminadas para mayor claridad, del dispositivo de calentamiento de la figura 1;

• la figura 3 es una vista, a mayor escala, de un detalle de la figura 2;

• la figura 4 es una vista, a mayor escala, de un detalle de la figura 2 que muestra una realización diferente;

• las figuras 5 y 6 son dos vistas esquemáticas de realizaciones alternativas de un chorro de combustible generado por un inyector de combustible del dispositivo de calentamiento de la figura 1;

• la figura 7 es una vista esquemática de una bujía del dispositivo de calentamiento de la figura 1;

• la figura 8 es una vista esquemática de los electrodos de la bujía de la figura 5, resaltando las posibles direcciones de un chorro de combustible emitido por un inyector de combustible;

• las figuras 9 y 10 son vistas esquemáticas de realizaciones alternativas de los electrodos de la bujía de la figura 7, resaltando las posibles direcciones de un chorro de combustible emitido por un inyector de combustible; y

• la figura 11 es una vista, a mayor escala, de un detalle de la figura 2 según otra realización adicional.

Realizaciones preferidas de la invención

En la figura 1, el número 1 indica, en conjunto, un sistema de escape de un motor de combustión interna 2.

El sistema de escape 1 comprende un tubo de escape 3, que parte de un colector de escape del motor de combustión interna 2 y acaba en un silenciador 4, desde el que se liberan los gases de escape a la atmósfera. A lo largo del tubo de escape 3 está instalado al menos un dispositivo 5 para el tratamiento de los gases de escape procedentes del motor de combustión interna; en particular, siempre hay un catalizador (ya sea un catalizador de oxidación o un catalizador de reducción), al que se le puede añadir un filtro de partículas. El catalizador, para trabajar (es decir, para llevar a cabo una conversión catalítica), necesita funcionar a una temperatura de funcionamiento relativamente alta (un catalizador moderno trabaja a temperaturas incluso próximas a los 800 °C), ya que las reacciones químicas para la conversión de hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono en dióxido de carbono, agua y nitrógeno solo tienen lugar una vez que se ha alcanzado la temperatura de trabajo.

Para acelerar el calentamiento del dispositivo de tratamiento 5, es decir, para permitir que el dispositivo de tratamiento 5 alcance su temperatura de funcionamiento más rápidamente, el sistema de escape 1 comprende un dispositivo de calentamiento 6, que, quemando combustible, genera un flujo de aire (muy) caliente, que fluye a través del dispositivo de tratamiento 5.

El dispositivo de calentamiento 6 comprende una cámara de combustión 7, que está conectada, en la salida, al tubo de escape 3 (inmediatamente aguas arriba del dispositivo de tratamiento 5) y está conectada, en la entrada, a un ventilador 8 (es decir, a una bomba de aire), que genera un flujo de aire que fluye a través de la cámara de combustión 7; en la cámara de combustión 7 también hay un inyector de combustible 9, que inyecta combustible que se mezclará con aire y una bujía 10, que produce cíclicamente chispas para prender la mezcla aire-combustible con el fin de obtener la combustión que caliente el aire. La cámara de combustión 7 del dispositivo de calentamiento 6 acaba en un tubo de salida 11, que conduce al tubo de escape 3 (inmediatamente aguas arriba del dispositivo de tratamiento 5).

Según la figura 2, el dispositivo de calentamiento 6 comprende un cuerpo tubular 12 (por ejemplo, de forma cilíndrica y con una sección transversal circular o elíptica) que tiene un eje longitudinal 13; el cuerpo tubular 12 está delimitado, en los dos extremos, por dos paredes de base opuestas 14 y 15 y está delimitado lateralmente por una pared lateral 16, que conecta las dos paredes de base 14 y 15 entre sí. La pared de base 14 está perforada en el centro para acomodar el inyector de combustible 9, que está montado coaxialmente al cuerpo tubular 12 (es decir, coaxialmente al eje longitudinal 13); en otras palabras, el inyector de combustible 9 está montado a través de la pared de base 14 del cuerpo tubular 12 para inyectar combustible en la cámara de combustión 7.

De manera similar, la pared de base 15 está perforada en el centro para encajar en el tubo de salida 11, que acaba en el tubo de escape 3; es decir, la pared de base 15 tiene una abertura de salida 17 para dejar salir aire caliente de la cámara de combustión 7 desde la que parte el tubo de salida 11.

Según la figura 2, a través del cuerpo tubular 12 se obtiene (al menos) parte de una abertura de entrada 18, que está conectada al ventilador 8 por medio de un tubo de entrada 19 (mostrado en la figura 1) para recibir un flujo de aire, que se dirige hacia la cámara de combustión 7 y se mezcla con el combustible inyectado por el inyector de combustible 9. Preferentemente, el aire fluye hacia la abertura de entrada 18 con un flujo que está orientado tangencialmente (con respecto al cuerpo tubular 12), es decir, el tubo de entrada 19 está orientado tangencialmente (con respecto al cuerpo tubular 12).

Según una posible, aunque no vinculante realización que se muestra en la figura 1, en el área de la abertura de entrada 18 hay una válvula de retención 20, que solo permite un flujo de aire hacia la cámara de combustión 7 (es decir, que fluye hacia el cuerpo tubular 12). Preferentemente, la válvula de retención 20 es pasiva (es decir, no comprende actuadores eléctricos, hidráulicos o neumáticos que generan un movimiento), está controlada por presión y se abre solo cuando una presión aguas arriba de la válvula de retención 20 es mayor que una presión aguas abajo de la válvula de retención 20. La función de la válvula de retención 20 es la de impedir, cuando el dispositivo de calentamiento 6 no se usa (es decir, cuando el ventilador 8 está apagado), que los gases de escape fluyan hacia atrás hasta que salgan por la abertura de entrada 18 y, por consiguiente, se liberan a la atmósfera sin pasar por el dispositivo de tratamiento 5. Como alternativa, la válvula de retención 20 podría montarse a lo largo del tubo de salida 11, por ejemplo, en el área de la abertura de salida 17; en este caso, la válvula de retención 20 permite que el aire solo salga de la cámara de combustión 7 (fuera del cuerpo tubular 12) hacia el tubo de escape 3, es decir, evita que los gases de escape fluyan desde el tubo de escape 3 hacia la cámara de combustión 7 (al interior del cuerpo tubular 12).

Según la figura 2, el dispositivo de calentamiento 6 comprende un canal de alimentación 21, que recibe aire desde la abertura de entrada 18, rodea una porción de extremo del inyector de combustible 9 y acaba en una boquilla 22, que está dispuesta alrededor de un punto de inyección del inyector de combustible 9 (es decir, alrededor de una punta de pulverización del inyector de combustible 9, desde la que sale el combustible).

La bujía 10 está montada a través de la pared lateral 16 del cuerpo tubular 12 para desencadenar la combustión de una mezcla de aire y combustible, que se obtiene por la mezcla de aire, que fluye hacia el cuerpo tubular 12 desde la abertura de entrada 18 y se introduce en la cámara de combustión 7 por la boquilla 22 del canal de alimentación 21, y de combustible, que es inyectado en la cámara de combustión 7 por el inyector de combustible 9. En particular, la pared lateral 16 del cuerpo tubular 12 tiene un agujero pasante, que está orientado radialmente (es decir, en perpendicular al eje longitudinal 13) y aloja, en el interior (enroscada en él), la bujía 10 (que obviamente está orientada radialmente).

El dispositivo de calentamiento 6 comprende un mezclador estático 23 (es decir, sin partes móviles), que tiene la forma de un anillo, está dispuesto a lo largo del canal de alimentación 21 y alrededor del inyector de combustible 9 y está configurado para generar turbulencias, en particular, un movimiento de remolino, en el aire que fluye hacia la boquilla 22.

Según una realización preferida, aunque no vinculante, mostrada en las figuras adjuntas, aguas abajo del mezclador estático 23, el canal de alimentación 21 tiene una reducción progresiva del área de la sección transversal, para determinar un aumento de la velocidad del aire. En particular, aguas abajo del mezclador estático 23, el canal de alimentación 21 tiene una porción inicial que tiene un área de sección transversal constante, una porción intermedia que tiene un área de sección transversal progresivamente decreciente y una porción de extremo que tiene un área de sección transversal que es constante hasta la boquilla 22.

El canal de alimentación 21 está delimitado, en el exterior, por un cuerpo tubular externo 24 (al menos parcialmente cónico) y está delimitado, en el interior, por un cuerpo tubular interno 25 (al menos parcialmente cónico), que rodea el inyector de combustible 9 y contiene, en el interior, el inyector de combustible 9 (es decir, sirve como contenedor para la parte de extremo del inyector de combustible 9). Es decir, el canal de alimentación 21 está definido entre el cuerpo tubular interno 25 y el cuerpo tubular externo 24. En particular, los dos cuerpos tubulares 24 y 25 alternan porciones cónicas (es decir, que tienen una forma convergente que disminuye progresivamente en tamaño) con porciones cilíndricas (es decir, que tienen una forma con un tamaño constante); preferentemente, la parte de extremo del cuerpo tubular interno 25 tiene un cono convergente (es decir, que progresivamente va reduciendo su tamaño hacia la boquilla 22), mientras que la parte de extremo del cuerpo tubular externo 24 tiene una forma cilíndrica.

Según una realización preferida, el aire fluye hacia el canal de alimentación 21 con un flujo orientado tangencialmente para tener un movimiento de remolino (aumentado posteriormente por la acción del mezclador estático 23), que ayuda a que se mezcle con el combustible inyectado por el inyector de combustible 9; en otras palabras, la introducción de aire comburente en la cámara de combustión 7 a través de un tubo orientado tangencialmente hacia la cámara de combustión 7 permite que el flujo de aire comburente adquiera un movimiento circular (mejorado adicionalmente por la presencia del mezclador estático 23) para optimizar la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de combustión 7.

Según la figura 3, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar al menos 80 % (y preferentemente al menos 90-95 %) del combustible contra una superficie interna 26 del canal de alimentación 21; es decir, el inyector de combustible 9 no dirige directamente el combustible hacia el exterior del canal de alimentación 21, sino que, al contrario, dirige el combustible contra la superficie interna 26 del canal de alimentación 21, de modo que el combustible que sale del inyector de combustible 9 golpee preliminarmente la superficie interna 26 antes de salir del canal de alimentación 21 a través de la boquilla 22. El impacto del combustible contra la superficie interna 26 permite que las gotas de combustible emitidas por el inyector de combustible 9 se atomicen de manera muy efectiva y, al hacerlo, se mejora significativamente la mezcla de dicho combustible con el aire que fluye a lo largo del canal de alimentación 21; una mejora de la mezcla entre aire y combustible asegura una ideal y, especialmente, completa combustión del combustible, evitando así que parte del combustible no quemado salga de la cámara de combustión 7.

Según una realización preferida, el inyector de combustible 9 está configurado para emitir un chorro de combustible 27 que tiene una forma cónica centralmente hueca, es decir, que tiene una sección transversal en forma de anillo, en la que se acumula el combustible en la periferia; en particular, según la realización mostrada en la figura 3, una superficie externa del chorro de combustible 27 tiene un ángulo de apertura a de aproximadamente 70° (por ejemplo, que varía entre 65° y 75°) y una superficie interna del chorro de combustible 27 tiene un ángulo de apertura p de aproximadamente 50° (por ejemplo, que varía de 45° a 55°). En otras palabras, el inyector de combustible 9 genera un chorro de combustible 27 que tiene una forma cónica (con el vértice del cono cerca de la boquilla de inyección) y que tiene, en el centro, un agujero (es decir, un área sin combustible) también con forma cónica (con el vértice del cono cerca de la boquilla de inyección); por consiguiente, el chorro de combustible 27 generado por el inyector de combustible 9 tiene la forma de una carcasa cónica debido a la presencia del agujero central, es decir, tiene una forma cónica internamente hueca.

Cabe señalar que cuando decimos que el chorro de combustible 27 generado por el inyector de combustible 9 tiene la forma de una carcasa cónica (es decir, tiene una forma cónica internamente hueca) se quiere dar a entender que la gran mayoría del combustible que sale del inyector de combustible 9 se esparce en el espacio dentro de una carcasa cónica, pero una parte muy pequeña (residual) del combustible puede esparcirse de manera diferente. Asimismo, dependiendo de cómo esté hecha la abertura de salida de combustible, el chorro de combustible 27 que sale del inyector de combustible 9 puede tener una distribución más simétrica alrededor del eje longitudinal 13 (como se muestra en la figura 5) o una distribución menos simétrica alrededor del eje longitudinal 13 (como se muestra en la figura 6). En particular, el chorro de combustible 27 que sale del inyector de combustible 9 tiene la conformación que se muestra en la figura 5 cuando el inyector de combustible 9 es de tipo "remolino", mientras que el chorro de combustible 27 que sale del inyector de combustible 9 tiene la conformación que se muestra en la figura 6 cuando el inyector de combustible 9 es del tipo de "múltiples agujeros" (la figura 6 muestra un inyector de combustible de "múltiples agujeros" 9 con seis agujeros de salida, pero el número de agujeros de salida podría ser diferente).

Según una realización preferida, el inyector de combustible 9 es de tipo "remolino", es decir, imparte un movimiento giratorio de remolino al combustible inyectado (es decir, un movimiento de remolino en el que el combustible gira alrededor del eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12).

Como se ha mencionado antes, el canal de alimentación 21 está delimitado, en el exterior, por el cuerpo tubular externo 24 (que tiene la superficie interna 26 del canal de alimentación 21) y está delimitado, en el interior, por el cuerpo tubular interno 25, que rodea el inyector de combustible 9 y contiene, en el interior, el inyector de combustible 9.

Según la figura 3, el cuerpo tubular externo 24 comprende una porción cónica 28, que reduce su tamaño hacia la boquilla 22; asimismo, según una realización preferida que se muestra en las figuras adjuntas, el cuerpo tubular externo 24 también comprende una porción cilíndrica 29, que está dispuesta aguas abajo de la porción cónica 28 y acaba en la boquilla 22. Según una realización diferente que no se muestra en el presente documento, el cuerpo tubular externo 24 no tiene porción cilíndrica 29 y, por lo tanto, comprende la única porción cónica 28. Según una realización adicional que no se muestra en el presente documento, se podría sustituir la porción cilíndrica 29 por otra porción cónica adicional que tenga una conicidad (convergencia) más pequeña que una conicidad (convergencia) de la porción cónica 28.

En la realización mostrada en las figuras adjuntas, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar al menos parte del combustible contra la porción cilíndrica 29 (o contra la porción cónica adicional) del cuerpo tubular externo 24; en particular, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar la mayor parte (casi la totalidad) del combustible contra la porción cilíndrica 29 (o contra la porción cónica adicional) del cuerpo tubular externo 24. Según una realización diferente, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar al menos parte del combustible contra la porción cilíndrica 29 (o contra la porción cónica adicional) del cuerpo tubular externo 24 y al menos parte del combustible contra la porción cónica 28 del cuerpo tubular externo 24; por ejemplo, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar aproximadamente la mitad del combustible contra la porción cónica 28 del cuerpo tubular externo 24 y aproximadamente la mitad del combustible contra la porción cilíndrica 29 (o contra la porción cónica adicional) del cuerpo tubular externo 24. Según una realización adicional, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar al menos parte del combustible contra la porción cónica 28 del cuerpo tubular externo 24; en particular, el inyector de combustible 9 está configurado para pulverizar la mayor parte (casi la totalidad) del combustible contra la porción cónica 28 del cuerpo tubular externo 24.

Según la figura 2, una distancia axial X (es decir, medida a lo largo del eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12) entre la punta de pulverización del inyector de combustible 9 desde el que sale el combustible (es decir, el punto de inyección del inyector de combustible 9) y un eje longitudinal 30 de la bujía 10 varía del 33 % al 100 % de un diámetro interno D del cuerpo tubular 12 (es decir, del diámetro D de la cámara de combustión 7); preferentemente, la distancia axial X varía del 50 % al 100 % del diámetro interno D del cuerpo tubular 12 y, en particular, la distancia axial X varía del 60 % al 90 % del diámetro interno D del cuerpo tubular 12. Cabe señalar que el cuerpo tubular 12 tiene preferentemente una sección transversal circular y, por lo tanto, no hay dudas sobre cómo debe medirse el diámetro interno D del cuerpo tubular 12 para calcular la distancia axial X; si, al contrario, el cuerpo tubular 12 tuviera una sección transversal elíptica, el tamaño mayor sería el que hay que tener en cuenta como diámetro D del cuerpo tubular 12 para calcular la distancia axial X.

Según las figuras 7 y 8, la bujía 10 tiene un único electrodo interno 31 y un único electrodo externo 32; según las variantes mostradas en las figuras 9 y 10, la bujía 10 tiene un único electrodo interno 31 y dos electrodos externos 32 (figura 9) o un único electrodo interno 31 y cuatro electrodos externos 32 (figura 10); según otra variante adicional que no se muestra en el presente documento, podría haber tres electrodos externos 32.

Según la figura 4, el cuerpo tubular externo 24 tiene una abertura pasante 33 (es decir, una ranura), a través de la cual la punta de pulverización del inyector de combustible 9 desde la que sale el combustible (es decir, el punto de inyección del inyector de combustible 9) apunta directamente a los electrodos 31 y 32 de la bujía 10. Gracias a la presencia de la abertura pasante 33, una parte limitada 34 del chorro de combustible 27 emitido por el inyector de combustible 9 no golpea el cuerpo tubular externo 24, sino que pasa a través del cuerpo tubular externo 24 hasta llegar directamente a los electrodos 31 y 32 de la bujía 10. En otras palabras, gracias a la presencia de la abertura pasante 33, la parte limitada 34 del chorro de combustible 27 "moja" directamente los electrodos 31 y 32 de la bujía 10 para crear, alrededor de los electrodos 31 y 32 de la bujía 10, un exceso local de combustible (es decir, una mezcla localmente más rica), que favorece el encendido de la llama y, por consiguiente, favorece una propagación más rápida de la llama al resto de la mezcla.

Según la figura 4, la abertura pasante 33 tiene forma de ranura, a saber, tiene un tamaño circunferencial que es mayor que un tamaño axial; preferentemente, el lado circunferencial de la abertura pasante 33 varía angularmente de 30° a 60°.

Según las figuras 8, 9 y 10, el electrodo externo 32 (o los electrodos externos 32) de la bujía 10 está orientado para no obstruir (interceptar) la parte limitada 34 del chorro de combustible 27 que se mueve hacia el electrodo interno 31; es decir, el electrodo externo 32 (o los electrodos externos 32) de la bujía 10 está orientado para no tapar (apantallar) el electrodo interno 31 de la parte limitada 34 del chorro de combustible 27. Como consecuencia, la chispa generada entre los dos electrodos 31 y 32 está tapada (apantallada) en caliente por el electrodo externo 32 con respecto a la parte limitada 34 del chorro de combustible 27. Las figuras 8 y 9 muestran ambas partes 34 del chorro de combustible 27 que tienen una orientación correcta con respecto al electrodo 32 (es decir, que no están apantalladas por el electrodo 32) y partes 34 del chorro de combustible 27 que tienen una orientación incorrecta con respecto al electrodo 32 (es decir, que están apantalladas por el electrodo 32) y, por esta razón, se han "anulado" por medio de una "X".

En la realización mostrada en las figuras 3 y 4, el chorro de combustible 27 emitido por el inyector de combustible 9 es perfectamente simétrico con respecto al eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12 (y del inyector de combustible 9); es decir, el eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12 coincide con un eje de simetría central 35 del chorro de combustible 27. Por otro lado, en la realización mostrada en la figura 11, el chorro de combustible 27 emitido por el inyector de combustible 9 es asimétrico con respecto al eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12 (y del inyector de combustible 9) y, por consiguiente, el chorro de combustible 27 está inclinado hacia los electrodos 31 y 32 de la bujía 10; es decir, el eje de simetría central 35 del chorro de combustible 27 forma un ángulo y (distinto de cero) con el eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12. Según una realización preferida, el eje de simetría central 35 del chorro de combustible 27 está inclinado hacia los electrodos 31 y 32 de la bujía 10 para formar, con el eje longitudinal 13 del cuerpo tubular 12, el ángulo ^yque tiene una anchura que varía de 5° a 20° y preferentemente igual a aproximadamente 13-15°. La inclinación del chorro de combustible 27 hacia los electrodos 31 y 32 de la bujía 10 permite la creación, alrededor de los electrodos 31 y 32 de la bujía 10, de un exceso local de combustible (es decir, una mezcla localmente más rica), que favorece el encendido de la llama y, por consiguiente, favorece una propagación más rápida de la llama al resto de la mezcla.

Según una realización preferida, el dispositivo de calentamiento 6 comprende una unidad de control 36 (mostrada esquemáticamente en la figura 1), que está configurada para controlar en su totalidad el funcionamiento del dispositivo de calentamiento 6, es decir, para controlar el ventilador 8, el inyector 9 y la bujía 10 de manera coordinada para alcanzar, de la manera más eficiente y eficaz posible, el objetivo deseado (es decir, calentar rápidamente el dispositivo de tratamiento 5 sin dañar el dispositivo de tratamiento 5 debido a un exceso de temperatura).

Según una posible realización mostrada en la figura 1, el dispositivo de calentamiento 6 comprende un sensor de temperatura 37, que está dispuesto a lo largo del tubo de salida 11 para medir la temperatura del aire caliente que fluye por el tubo de salida 11; como alternativa, el dispositivo de calentamiento 6 comprende un sensor de temperatura 38, que está dispuesto a lo largo del tubo de escape 3 aguas abajo del punto en el que se bifurca el tubo de salida 11 (y aguas arriba del dispositivo de tratamiento 5) para medir la temperatura de la mezcla de gases de escape y aire caliente que fluye por el tubo de escape 3. Generalmente, solo hay uno de los dos sensores de temperatura 37 y 38, incluso si, en aplicaciones especiales, ambos sensores de temperatura 37 y 38 podrían estar presentes. La unidad de control 36 usa la lectura del sensor de temperatura 37 o 38 para controlar (si es necesario, por medio de un control de retroalimentación) la combustión en la cámara de combustión 7 para calentar rápidamente el dispositivo de tratamiento 5 sin dañar el dispositivo de tratamiento 5 debido a un exceso de temperatura.

Las realizaciones descritas en el presente documento se pueden combinar entre sí.

El dispositivo de calentamiento 6 descrito anteriormente tiene numerosas ventajas.

En primer lugar, el dispositivo de calentamiento 6 descrito anteriormente garantiza, en todas las condiciones de funcionamiento (especialmente cuando se inyecta una gran cantidad de combustible para desarrollar una gran cantidad de calor), una combustión completa del combustible (es decir, sin introducir combustible no quemado en el tubo de escape 3) gracias a una mezcla ideal entre el aire carburante introducido por la boquilla 22 del canal de alimentación 21 y el combustible inyectado por el inyector de combustible 9.

Asimismo, el dispositivo de calentamiento 6 descrito anteriormente tiene una alta potencia térmica en relación con sus dimensiones totales; es decir, aunque es relativamente pequeño, el dispositivo de calentamiento 6 descrito anteriormente genera una alta potencia térmica.

Por último, el dispositivo de calentamiento 6 descrito anteriormente es simple y económico de fabricar, ya que consta de pocas piezas con una forma poco complicada y que son fáciles de unir con soldaduras y uniones estándar.

Lista de los números de referencia de las figuras

1 sistema de escape

2 motor de combustión interna

3 tubo de escape

4 silenciador

5 dispositivo de tratamiento

6 dispositivo de calentamiento

7 cámara de combustión

8 ventilador

9 inyector de combustible

10 bujía

11 tubo de salida

12 cuerpo tubular

13 eje longitudinal

14 pared de base

15 pared de base

16 pared lateral

17 abertura de salida

18 abertura de entrada

19 tubo de entrada

20 válvula de retención

21 canal de alimentación

22 boquilla

23 mezclador estático

24 cuerpo tubular externo

25 cuerpo tubular interno

26 superficie interna

27 chorro de combustible

28 porción cónica

29 porción cilíndrica

30 eje longitudinal

31 electrodo interno

32 electrodo externo

33 abertura pasante

34 parte

35 eje de simetría

36 unidad de control

37 sensor de temperatura

38 sensor de temperatura

a ángulo

p ángulo

Y ángulo

X distancia

D diámetro

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de calentamiento (6) para un sistema de escape (1) de un motor de combustión interna (2); el dispositivo de calentamiento (6) comprende:

un cuerpo tubular (12), donde se obtiene una cámara de combustión (7) en su interior;

un inyector de combustible (9), que está montado a través de una pared de base (14) del cuerpo tubular (12) para inyectar combustible en la cámara de combustión (7);

al menos una abertura de entrada (18), que se puede conectar a un ventilador (8) para recibir un flujo de aire que se dirige a la cámara de combustión (7) y se mezcla con el combustible;

un canal de alimentación (21), que recibe aire de la abertura de entrada (18), rodea una porción de extremo del inyector de combustible (9) y acaba en una boquilla (22), que está dispuesta alrededor de un punto de inyección del inyector de combustible (9); y

una bujía (10), que está montada a través de una pared lateral (16) del cuerpo tubular (12) para desencadenar la combustión de una mezcla de aire y combustible y tiene electrodos (31, 32);

el canal de alimentación (21) está delimitado, en el exterior, por un cuerpo tubular externo (24) que tiene una superficie interna (26) del canal de alimentación (21) y está delimitado, en el interior, por un cuerpo tubular interno (25), que rodea el inyector de combustible (9) y contiene, en el interior, el inyector de combustible (9);

el dispositivo de calentamiento (6) está caracterizado por que:

el inyector de combustible (9) está configurado para pulverizar al menos parte del combustible contra el cuerpo tubular externo (24); y

el cuerpo tubular externo (24) tiene una abertura pasante (33), a través de la cual una punta de pulverización del inyector de combustible (9) que deja salir el combustible apunta directamente a los electrodos (31, 32) de la bujía (10).

2. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 1, en donde, en uso y a través de la abertura pasante (33), una parte limitada (34) de un chorro de combustible (27) emitido por el inyector de combustible (9) no golpea el cuerpo tubular externo (24), sino que pasa a través del cuerpo tubular externo (24) hasta llegar directamente a los electrodos (31, 32) de la bujía (10).

3. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 1 o 2, en donde la abertura pasante (33) tiene forma de ranura y tiene un tamaño circunferencial que es mayor que un tamaño axial.

4. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde la abertura pasante (33) tiene un tamaño circunferencial que varía de 30° a 60°.

5. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde:

la bujía (10) tiene un electrodo interno (31) y al menos un electrodo externo (32); y

el electrodo externo (32) está orientado para no bloquear la parte limitada (34) del chorro de combustible (27) que se mueve hacia el electrodo interno (31).

6. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde:

el electrodo externo (32) está orientado de modo que no apantalle el electrodo interno (31) de la parte limitada (34) del chorro de combustible (27).

7. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el inyector (9) está configurado para emitir un chorro de combustible (27) que tiene una forma cónica hueca por el centro, es decir, que tiene una sección transversal en forma de anillo.

8. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 7, en donde una superficie externa del chorro de combustible (27) tiene un ángulo de apertura (a) de aproximadamente 70° y una superficie interna del chorro de combustible (27) tiene un ángulo de apertura (p) de aproximadamente 50°.

9. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde un chorro de combustible (27) emitido por el inyector de combustible (9) es asimétrico con respecto al eje longitudinal (13) del cuerpo tubular (12), de modo que el chorro de combustible (27) se incline hacia los electrodos (31, 32) de la bujía (10).

10. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 9, en donde un eje de simetría central (35) del chorro de combustible (27) forma un ángulo (y) distinto de cero con el eje longitudinal (13) del cuerpo tubular (12).

11. El dispositivo de calentamiento (6) según la reivindicación 10, en donde el ángulo (^y) entre el eje de simetría central (35) del chorro de combustible (27) y el eje longitudinal (13) del cuerpo tubular (12) varía de 5° a 20°.

12. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el inyector está configurado para pulverizar al menos 80 % del combustible contra la superficie interna (26) del canal de alimentación (21).

13. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el inyector de combustible (9) es de tipo torbellino e imparte un movimiento giratorio de torbellino al combustible.

14. El dispositivo de calentamiento (6) según una de las reivindicaciones 1 a 13 y que comprende un mezclador estático (23), que tiene forma de anillo, está dispuesto a lo largo del canal de alimentación (21) y alrededor del inyector de combustible (9) y está configurado para generar turbulencias, en particular, un movimiento de remolino, en el aire que fluye hacia la boquilla (22).

15. Un sistema de escape (1) de un motor de combustión interna (2); el sistema de escape (1) comprende:

un tubo de escape (3), que parte de en un colector de escape del motor de combustión interna (2) y acaba en un silenciador (4), desde el que se liberan gases de escape a la atmósfera;

un dispositivo de tratamiento (5) de gases de escape, que se dispone a lo largo del tubo de escape (3); y un dispositivo de calentamiento (6), que está conectado al tubo de escape (3) aguas arriba del dispositivo de tratamiento (5) por medio de un tubo de salida (11) que sale del tubo de escape (3), está diseñado para generar, quemando combustible, un flujo de aire caliente y está fabricado según una de las reivindicaciones 1 a 14.

16. El sistema de escape (1) según la reivindicación 15, en donde el dispositivo de calentamiento (6) comprende: un sensor de temperatura (37, 38), que se dispone a lo largo del tubo de salida (11) o a lo largo del tubo de escape (3) aguas abajo del punto en el que se bifurca el tubo de salida (11); y

una unidad de control (36), que regula la combustión en el dispositivo de calentamiento (6) también en función de la medición proporcionada por el sensor de temperatura (37, 38).