Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna,

motor que comprende dicho dispositivo y vehículo automóvil que comprende dicho motor, que permite reducir las emisiones contaminantes e incrementar el rendimiento del motor adaptándose a las condiciones de funcionamiento, que comprende un conducto convergente (4) conectado a una línea de admisión o sobrealimentación del motor, un conducto divergente (1) conectado con el colector de admisión, un conducto lateral (12) conectado al menos a un colector de escape y un volumen situado en una parte central (13) por el que se fuerza al gas a recircular (10) a realizar movimientos circulares de rotación antes de ser mezclado con el aire de admisión (6), donde el conducto divergente, donde el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1) están configurados para regular el flujo de gas recirculado (10) mediante su movimiento relativo, lo que modifica un volumen de un espacio (7) de separación que hay entre el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1)

Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, motor que comprende dicho dispositivo y vehículo automóvil que comprende dicho motor.

Objeto de la invención

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, un segundo aspecto se refiere a un motor que comprende dicho dispositivo y, por último, un tercer aspecto se refiere a un vehículo automóvil que comprende dicho motor; teniendo aplicación, dichos tres aspectos, en la industria mecánica, y de manera preferente en el ámbito de la automoción.

La invención permite reducir las emisiones contaminantes a la vez que mejora el funcionamiento e incrementa el rendimiento de este tipo de motores adaptándose a las condiciones de funcionamiento en cada momento, así como reducir los costes de producción de los motores, al integrar varios elementos en un único dispositivo.

Antecedentes de la invención

Los motores de combustión interna alternativos son motores térmicos que comprenden un proceso de combustión que produce unos gases que actúan sobre un émbolo o pistón que se encuentra alojado de manera ajustada en el interior de un cilindro o camisa, produciendo su desplazamiento en el interior de dicho cilindro. Por un extremo opuesto al de actuación de los gases los émbolos están vinculados a un cigüeñal, obteniéndose finalmente un movimiento de rotación de dicho cigüeñal a partir de un movimiento lineal alternativo de cada émbolo que comprende el motor.

En la actualidad este tipo motores se dividen en dos grupos, por un lado están los motores de explosión, es decir motores de ciclo Otto que utilizan gasolina como combustible y que comprenden bujías para producir la ignición en el interior de los cilindros, y por otro lado están los motores diésel, es decir motores en los que el encendido en el interior los cilindros consigue por compresión.

En los motores diésel el ciclo de encendido se produce mediante la compresión de una mezcla de aire y combustible, lo que produce su autoinflamación, sin la necesidad de medios adicionales, como las bujías utilizadas en los motores de explosión. Por este motivo este tipo de motores tienen que resistir elevadas presiones que permitan alcanzar la temperatura de ignición, lo que se consigue cuando el pistón se encuentra en el punto máximo superior PMS del cilindro, instante en el que es inyectado el combustible en la cámara de combustión. Para la inyección del combustible en este tipo de motores se utiliza una bomba de alta presión y al menos un inyector, de forma que la potencia obtenida en el ciclo se encuentra determinada por el volumen de combustible inyectado.

El rendimiento de un motor diésel es superior al de un motor de explosión equivalente, en gran medida como consecuencia de las elevadas presiones a las que trabajan lo que permite aprovechar mejor el combustible, denominándose motores de "mezcla pobre".

En estos motores cada ciclo comprende cuatro procesos, establecidos, bien en dos tiempos o en cuatro tiempos, en los cuales cada cilindro admite el combustible y expulsa los gases a través de válvulas de admisión y de escape respectivamente, las cuales están configuradas para mantenerse en situación de cierre, debido a la acción de un muelle, hasta que se requiere su apertura en un instante determinado, lo cual está controlado por la actuación de un árbol de levas que gira de manera sincronizada por la acción del cigüeñal, que acciona dicho árbol de levas, estando todo el conjunto coordinado mediante una correa de distribución.

Durante el funcionamiento cíclico o alternativo de este tipo de motores se plantea la necesidad de sustituir los gases que se producen en la combustión, por una nueva de mezcla de aire y combustible en el interior de cada cilindro, en lo que se denomina como proceso de renovación de la carga o proceso de alimentación.

En particular para los motores diésel, son conocidos desde la década de 1980 sofisticados sistemas electrónicos para el control de los parámetros de funcionamiento del mismo, mediante los cuales se consigue ahorrar combustible y reducir la emisión de gases tóxicos a la atmósfera.

Por otro lado el cumplimiento de normativas cada vez más restrictivas, sobre todo en el ámbito europeo, relativas a la reducción de las emisiones contaminantes de los motores de combustión interna, ha obligado a los fabricantes, sobre todo en el ámbito de la industria de vehículos automóviles, a introducir modificaciones en los elementos de dichos motores, con el objeto de cumplir con los niveles de emisiones establecidos en dichas normativas.

Una de estas modificaciones consiste en la incorporación en los motores de combustión interna, tanto en el caso de motores de gasolina como en el caso de motores diésel, de un sistema o medios de recirculación de los gases resultantes de la combustión, siendo habitualmente conocidos estos sistemas por sus siglas en inglés como sistemas EGR, Exhaust Gas Recirculation.

Estos sistemas de recirculación tienen como objetivo principal conseguir una reducción de las emisiones de óxido de nitrógeno y/o dióxido de nitrógeno (NOx), para lo cual se basan en hacer recircular parte del gas resultante de la combustión, introduciéndolo de nuevo en los cilindros del motor, convenientemente mezclado con aire fresco o limpio, lo que incrementa la capacidad calorífica de la mezcla, lo cual permite reducir la temperatura pico de combustión. Dado que la formación de NOx se produce a altas temperaturas, estos sistemas sirven para limitar su generación.

Actualmente la práctica totalidad de los vehículos automóviles con motores diésel comercializados, destinados tanto al transporte de pasajeros como de mercancías así como en el ámbito de la maquinaría pesada, comprende un sistema de recirculación de gases como el anteriormente comentado.

No obstante, debido a su funcionamiento, estos sistemas de recirculación implican una serie de condicionantes para un aprovechamiento óptimo de los mismos que complican y encarecen los motores, limitando en algunos casos su régimen operativo, con los consiguientes inconvenientes, tal y como se expone a continuación.

En primer lugar la mezcla del gas a recircular procedente de la combustión con aire fresco, para la obtención de gas recirculado que se introduce en los cilindros del motor, debe efectuarse en el menor tiempo posible, es decir de la manera más rápida posible, con el objeto de que la composición del gas recirculado que se va a introducir en cada uno de los cilindros del motor sea homogénea, es decir que la composición del gas introducido en cada cilindro sea la misma en todos los cilindros que comprenda el motor, o en todo caso lo más parecida posible.

En segundo lugar, la capacidad para conseguir una recirculación de gas determinado, es decir un flujo o caudal de gas recirculado suficiente, depende de la presión existente en el colector de escape y de la presión existente en el colector de admisión. Asimismo dicha capacidad de recirculación depende de las características específicas y de los elementos de cada sistema de recirculación considerando factores como las pérdidas de carga en las conducciones o tuberías del sistema, así como otros elementos como por ejemplo válvulas, por lo que en determinados casos la cantidad de gas recirculado no es suficiente o al menos no es la cantidad requerida para un funcionamiento óptimo del sistema de recirculación.

Por último, teniendo en consideración que los motores combustión interna actuales tienen un rango de operación muy amplio, se requiere que el sistema de regulación del gas a recircular permita controlar o regular la cantidad de gas recirculado para cada régimen o condición de funcionamiento del motor, más concretamente de su flujo o caudal y por lo tanto de presión en la zona de entrada o admisión de gas a los cilindros.

En la actualidad los dispositivos que comprenden los sistemas de recirculación comprenden piezas fijas que no permiten una regulación del flujo de gas que se desea hacer recircular, salvo determinadas válvulas de EGR que encarecen el motor e incrementan los costes de fabricación y mantenimiento del mismo.

Descripción de la invención

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, que permite reducir las emisiones contaminantes de este tipo de...

1. Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, caracterizado porque comprende:

2. Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado porque el eje de revolución del conducto convergente (4) coincide con el eje de revolución del conducto divergente (1), definiendo un eje de alineación (8) del dispositivo.

3. Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un anillo móvil (11), situado en la parte interna del conducto convergente (4), configurado para regular el flujo de gas recirculado (10) mediante su movimiento relativo con respecto a dicho conducto convergente (4) que modifica un volumen del espacio (7) de separación entre el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1).

4. Dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado para motores de combustión interna, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto convergente (4) y el conducto divergente (1) están configurados para cerrar el paso de gas recirculado (10), estando situados en una posición en la que el conducto convergente (4) está en contacto con el conducto divergente (1).

5. Motor de combustión interna, caracterizado porque comprende un dispositivo de regulación y mezcla de gas recirculado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Vehículo automóvil, caracterizado porque comprende un motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 5.