Dispositivo de mezcla de gas particularmente para motores de combustión interna equipados con un sistema de recirculación del gas de escape.

Dispositivo de mezcla, particularmente para mezclar gases de escape recirculados con aire de admisión en unsistema EGR de un motor de combustión interna,

que comprende:

un cuerpo (11) principal que tiene una primera entrada (12) para dichos gases de escape recirculadossustancialmente perpendicular a una segunda entrada (14) para aire fresco de admisión;

una configuración interna adecuada para formar un tubo de Venturi invertido, provisto de dos segmentosinternos con diferente pendiente, teniendo un segmento una pendiente (13a) menor en la dirección de dichaentrada (14) para aire fresco, y teniendo un segmento una pendiente (13b) mayor en la dirección de la salidade dicha mezcla, creando la unión de dichos segmentos con mayor y menor pendiente un área con un diámetrointerno mínimo;

la primera entrada (12) tiene una abertura dispuesta en el área con diámetro interno mínimo, adecuada paracomunicar dicha entrada (12) para dicho gas de escape con la parte interna del dispositivo de mezcla, ydicha abertura comprende una pluralidad de orificios (31) radiales, para dividir el flujo de los gases de escaperecirculados que entran en el dispositivo, obteniendo una mezcla del flujo de aire fresco de admisión con unapluralidad de flujos de gas de escape recirculado distintos;

dichos orificios (31) están dispuestos de acuerdo con al menos una primera circunferencia correspondiente adicho diámetro interno mínimo; caracterizado por que

otra pluralidad de orificios (31) están dispuestos de acuerdo con una segunda circunferencia paralela y enproximidad a dicha primera circunferencia en el segmento que tiene la pendiente (13a) menor con un orificio(31) de dicha primera (segunda) circunferencia que está situado angularmente entre dos orificios (31) de dichasegunda (primera) circunferencia y viceversa y por que

dichos orificios (31) son tales que crean una superficie perforada global igual a aproximadamente la superficiede la primera entrada (12) para dichos gases de escape.

Dispositivo de mezcla de gas particularmente para motores de combustión interna equipados con un sistema de recirculación del gas de escape 5

Campo de aplicación de la invención [0001] La presente invención se refiere a un dispositivo para mezclar gases de escape con aire fresco de admisión de un motor de combustión interna equipado con un sistema de recirculación del gas de escape (EGR) .

Descripción de la técnica anterior

Como se conoce en la técnica anterior, en los motores de combustión interna la recirculación de los gases de escape es necesaria para reducir la temperatura de combustión de una manera controlada, para obtener la reducción de las emisiones contaminantes, en particular, de óxidos de nitrógeno.

La recirculación del gas de escape es conocida en el campo con su acrónimo EGR.

Actualmente, se conocen dos arquitecturas diferentes para los sistemas de recirculación del gas de escape: en la primera tecnología los gases de escape se extraen aguas arriba de la turbina (bucle de alta presión) . En la segunda tecnología los gases de escape se extraen aguas abajo de la turbina y se recirculan aguas arriba del compresor (bucle de baja presión) .

En el primer caso, el problema es mezclar dos gases que tienen diferentes valores de presión y temperatura 25 en la limitada extensión de mezcla disponible.

En primer lugar, los gases de escape a recircular se enfrían mediante un cambiador de calor, después se mezclan con aire comprimido y posteriormente se enfrían en un cambiador de calor diferente; las temperaturas típicas de los dos flujos son 130-180 ºC para los gases procedentes del escape aguas abajo del cambiador y aproximadamente 50 ºC para los gases procedentes del compresor aguas abajo del post-enfriador.

Por lo tanto, dos gases con diferente composición, temperatura y presión tienen que mezclarse partiendo de una sección determinada del circuito de admisión, para obtener una mezcla tan homogénea como sea posible.

La tubería que lleva los gases de escape recirculados puede injertarse en la tubería de admisión, de manera que las velocidades de los dos flujos son perpendiculares o paralelas y en una dirección opuesta; la mezcla de los dos flujos tiene lugar en el segmento de tubería posterior a este injerto. Cuanto más largo es el segmento de tubería de admisión aguas abajo del injerto, mejor es la mezcla.

Para tener una combustión equilibrada, la proporción de gases recirculados de los cilindros tiene que ser tan uniforme como sea posible; esto se obtiene garantizando una mezcla completa antes de la introducción en cada tubería de admisión de cada cilindro, por esta razón, es necesario completar la mezcla del gas en el primer segmento de la tubería de admisión.

La longitud de las tuberías disponible para la mezcla normalmente está limitada, debido a las dimensiones típicas de los motores.

Los dispositivos de mezcla de gases de escape con aire fresco de admisión para los motores de combustión interna equipados con un sistema EGR son conocidos en la técnica.

Por ejemplo, el documento US2003/0226552-A1 muestra un dispositivo para mezclar los gases de escape que comprende un cuerpo principal que tiene una entrada para los gases de escape recirculados y una entrada para el aire fresco de admisión, y que está conformado para dividir el flujo de los gases de escape recirculados que entran en el dispositivo, para obtener la mezcla del flujo de aire fresco de admisión con una pluralidad de flujos de 55 gas de escape recirculado diferentes. Los dos fluidos, los gases de escape recirculados y el aire fresco de admisión, tienen una dirección sustancialmente perpendicular, y la mezcladora tiene una forma sustancialmente cilíndrica con dos segmentos que tienen un diámetro interno diferente, y tiene una pluralidad de orificios que comunican un espacio hueco donde se transportan los gases con la tubería axial donde se mueve el aire fresco de admisión. A través de estos orificios, los gases recirculados se comunican con el flujo de aire de admisión en una dirección radial. La solución descrita provoca una contrapresión excesiva al descargar, lo que aumenta el consumo de combustible.

El documento DE-4420247-A1 muestra un anillo de mezcla para mezclar los gases de escape con el aire de admisión de un motor usando un tubo de Venturi situado inmediatamente aguas abajo de la válvula de mariposa 65 integrada en el segmento del anillo de mezcla. Sin embargo, esta solución provoca la ralentización y la aparición de vórtice en el flujo de aire aguas arriba del punto de mezcla, con una pérdida consecuente de la presión de admisión y un aumento del consumo de combustible.

El documento DE 43 19 380 muestra diversas realizaciones de un dispositivo de mezcla que tiene un tubo de Venturi invertido. De acuerdo con tres de dichas realizaciones, la inyección de los gases de escape se realiza mediante una boquilla central. No obstante, de acuerdo con otra realización, el documento DE 43 19 380 muestra un tubo de Venturi invertido en el que se adopta un difusor anular dispuesto en el diámetro interior mínimo del tubo de Venturi.

Adicionalmente el documento EP 0 857 870 A2 desvela un dispositivo de mezcla de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Estos sistemas de tipo conocido que realizan la mezcla de gas en los sistemas EGR pueden mejorarse en términos de eficiencia de mezcla del gas en el corto segmento de la tubería de admisión disponible. En particular, en los motores EGR para automóviles o para vehículos pesados destinados al transporte de mercancías y/o pasajeros,

el motor es de dimensiones reducidas, por lo que el segmento de la tubería de admisión en el que puede tener lugar la mezcla de los gases de escape recirculados es muy corto, lo que da como resultado una mezcla de gas no uniforme en la entrada de los cilindros.

Sumario de la invención [0017] La principal tarea de esta invención es proporcionar un dispositivo de mezcla de gas de eficacia mejorada.

Un fin adicional de la presente invención es proporcionar un dispositivo de mezcla compacto para engranar un segmento corto de la tubería de admisión y mantener las reducidas dimensiones del motor, que también es modular y fácilmente utilizable en las geometrías de las tuberías de admisión.

Esta tarea y estos y otros fines que se explican más adelante se consiguen mediante un dispositivo de mezcla particularmente para mezclar los gases de escape recirculados con el aire de admisión en un sistema EGR de un motor de combustión interna que comprende: un cuerpo principal que tiene una entrada para dichos gases de escape recirculados sustancialmente perpendicular a una entrada para el aire fresco de admisión; medios adecuados para dividir el flujo de los gases de escape recirculados que entran en el dispositivo para obtener la mezcla del aire fresco de admisión con una pluralidad de flujos de gas de escape recirculado distintos, caracterizado por que comprende una forma interna adecuada para formar un tubo de Venturi invertido, provisto de dos segmentos internos con diferente pendiente, estando situado el segmento con una menor pendiente en la dirección de dicha entrada para aire fresco, y estando situado el segmento con mayor pendiente en la dirección de la salida de dicha mezcla.

La presente invención se refiere en particular a un dispositivo de mezcla de gases de escape con aire fresco de admisión de un motor de combustión interna equipado con un sistema de recirculación del gas de escape como se describe más completamente en las reivindicaciones, que son una parte integral de la presente descripción.

Breve descripción de las figuras [0021] Otras características y ventajas de esta invención resultarán claras a partir de la siguiente descripción 45 detallada, que es meramente ilustrativa y no limitante, y se muestra en las figuras que se adjuntan a la misma, en las que: la Figura 1 muestra una vista despiezada axonométrica del dispositivo de mezcla de acuerdo con la presente invención, asociado con una tubería de admisión genérica de un motor de combustión interna; la Figura 2 muestra una sección longitudinal del dispositivo de acuerdo con la presente invención, ensamblado y conectado a una tubería de admisión, en el que están indicadas las direcciones de los flujos de aire fresco y gas recirculado; la Figura 3 muestra una sección transversal A-A del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que la dirección del gas recirculado está indicada por flechas.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención [0022] De acuerdo con una realización preferida de la presente invención mostrada... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de mezcla, particularmente para mezclar gases de escape recirculados con aire de admisión en un sistema EGR de un motor de combustión interna, que comprende:

un cuerpo (11) principal que tiene una primera entrada (12) para dichos gases de escape recirculados sustancialmente perpendicular a una segunda entrada (14) para aire fresco de admisión; una configuración interna adecuada para formar un tubo de Venturi invertido, provisto de dos segmentos internos con diferente pendiente, teniendo un segmento una pendiente (13a) menor en la dirección de dicha entrada (14) para aire fresco, y teniendo un segmento una pendiente (13b) mayor en la dirección de la salida de dicha mezcla, creando la unión de dichos segmentos con mayor y menor pendiente un área con un diámetro interno mínimo; la primera entrada (12) tiene una abertura dispuesta en el área con diámetro interno mínimo, adecuada para comunicar dicha entrada (12) para dicho gas de escape con la parte interna del dispositivo de mezcla, y

dicha abertura comprende una pluralidad de orificios (31) radiales, para dividir el flujo de los gases de escape recirculados que entran en el dispositivo, obteniendo una mezcla del flujo de aire fresco de admisión con una pluralidad de flujos de gas de escape recirculado distintos; dichos orificios (31) están dispuestos de acuerdo con al menos una primera circunferencia correspondiente a dicho diámetro interno mínimo; caracterizado por que otra pluralidad de orificios (31) están dispuestos de acuerdo con una segunda circunferencia paralela y en proximidad a dicha primera circunferencia en el segmento que tiene la pendiente (13a) menor con un orificio (31) de dicha primera (segunda) circunferencia que está situado angularmente entre dos orificios (31) de dicha segunda (primera) circunferencia y viceversa y por que dichos orificios (31) son tales que crean una superficie perforada global igual a aproximadamente la superficie de la primera entrada (12) para dichos gases de escape.

2. Dispositivo de mezcla de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho cuerpo (11) principal es adecuado para ser conectado firmemente a una brida (21) de una tubería (20) de admisión de un motor, entrando dicho cuerpo principal al menos en parte en dicha brida, tal como para formar una cámara (15) anular.

3. Dispositivo de mezcla de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha entrada (12) para dichos gases de escape se abre sobre dicha cámara (15) anular envolvente en la parte externa del dispositivo de mezcla, en correspondencia con el diámetro interno mínimo.

4. Dispositivo de mezcla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuyo cuerpo principal está fabricado por colada metálica en una sola pieza.

5. Motor de combustión interna provisto de un circuito para la recirculación del gas de escape, que comprende un dispositivo de mezcla de acuerdo con una o más de las reivindicaciones anteriores. 40

6. Vehículo que comprende un motor de combustión interna provisto de un circuito para la recirculación del gas de escape de acuerdo con la reivindicación anterior.