Motor, vehículo, embarcación y método de suministro de aire secundario de motor.

Motor (1) de combustión interna, que comprende:

una cámara (10) de combustión que tiene un orificio de escape;

una válvula (9) de escape para abrir o cerrar el orificio (9a) de escape;

un dispositivo (5) de escape que tiene un trayecto (16) de escape para guiar los gases de escapedescargados desde la cámara (10) de combustión a través del orificio (9a) de escape; y

un sistema (70) de suministro de aire secundario para suministrar aire al dispositivo (5) de escape;

en el que:

el dispositivo (5) de escape comprende:

una sección (32) convergente que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo menoren un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma;

una sección (33) divergente prevista aguas abajo con respecto a la sección (32) convergente yque tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo mayor en un extremo aguas abajode la misma que en un extremo aguas arriba de la misma; y

una sección (21) de ramificación para ramificar una onda de choque, que se propaga en unadirección aguas abajo en el trayecto (16) de escape a mayor velocidad que los gases de escapeque fluyen al interior del trayecto (16) de escape desde la cámara (10) de combustión cuando elorificio (9a) de escape está abierto, desde una parte del trayecto (16) de escape que está aguasarriba con respecto a la sección (33) divergente, y que propaga la onda de choque de vuelta altrayecto (16) de escape;

los gases de escape que fluyen al interior del trayecto (16) de escape desde la cámara (10) decombustión se hacen pasar por la sección (32) convergente y se hacen colisionar contra la ondade choque que se ha propagado en la sección (21) de ramificación, entre la sección (21) deramificación y la sección (33) divergente, aumentando así la presión de los gases de escape enla sección (32) convergente;

los gases de escape se hacen pasar por la sección (33) divergente para generar una nueva ondade choque; y

el sistema (70) de suministro de aire secundario incluye una sección (72) de suministro parasuministrar aire a una parte del trayecto (16) de escape que está aguas arriba con respecto a lasección (33) divergente, usando una presión negativa generada en la parte del trayecto (16) deescape que está aguas arriba con respecto a la sección (33) divergente por la nueva onda dechoque generada.

Motor, vehículo, embarcación y método de suministro de aire secundario de motor

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un motor de combustión interna, a un vehículo, a una embarcación marítima y a un método de suministro de aire secundario para un motor de combustión interna.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Se conocen los sistemas de suministro de aire secundario para suministrar aire a un trayecto de escape de un motor de combustión interna. Un sistema de suministro de aire secundario suministra aire a los gases de escape a alta temperatura para quemar el monóxido de carbono o el hidrocarburo peligroso en los gases de escape y por tanto proporcionar agua o dióxido de carbono inocuo. El sistema de suministro de aire secundario también suministra aire a una parte de un trayecto de escape que está aguas arriba con respecto a un catalizador para limpiar los gases de escape para favorecer la reacción de oxidación en el catalizador. La publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 09-324624 propone un sistema de suministro de aire secundario para suministrar, usando una válvula de avance, aire utilizando una presión negativa en un trayecto de escape. La publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 07-205890 propone un sistema para suministrar de manera forzada aire a un trayecto de escape usando una bomba, en lugar de la presión negativa en el trayecto de escape. La bomba se acciona usando una parte de una potencia de salida del motor de combustión interna.

En el sistema que usa la presión negativa descrito en la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 09-324624, a diferencia de en el sistema descrito en la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 07-205890 que incluye una bomba para suministrar de manera forzada aire al trayecto de escape, no es necesario accionar una bomba y por tanto la pérdida de la potencia de salida del motor de combustión interna es pequeña. Sin embargo, cuando el motor de combustión interna se acciona en un estado de carga alta, la presión en el trayecto de escape en la proximidad del orificio de escape se vuelve alta y no puede suministrarse una cantidad suficiente de aire. En cambio, en el sistema descrito en la publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público n.º 07-205890 que incluye una bomba para suministrar de manera forzada aire al trayecto de escape, incluso cuando el motor de combustión interna se acciona en un estado de carga alta, puede suministrarse aire. Sin embargo, puesto que la bomba se acciona por el motor de combustión interna, la pérdida de la potencia de salida del motor de combustión interna es grande.

El documento WO 02/064955 A1 describe un motor de pistones alternativos que incluye un sistema de escape que comprende un tubo de escape que se comunica con un silenciador, cuya parte aguas arriba es divergente en la dirección del flujo de gas que lo atraviesa, comunicándose un catalizador de oxidación y un conducto de suministro de aire con el tubo de escape en una posición aguas arriba del catalizador y el silenciador. El conducto de suministro de aire incluye una válvula Reed que está adaptada para abrirse bajo una presión diferencial para permitir que fluya aire al interior de tubo de escape.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención proporcionar un enfoque que permita a un motor de combustión interna suministrar aire a un trayecto de escape incluso en un estado de carga alta con una menor pérdida de potencia de salida del mismo.

Este objeto se consigue mediante un motor de combustión interna según la reivindicación 1, y mediante un método según la reivindicación 11.

Los presentes inventores descubrieron una onda de choque que se propaga en una dirección aguas abajo en un trayecto de escape cuando se abre el orificio de escape, y pensaron que usando una presión negativa generada por detrás de la onda de choque, puede suministrarse aire incluso cuando el motor de combustión interna está en un estado de carga alta. Sin embargo, se encontró que debido a que esta onda de choque se genera en la proximidad del orificio de escape, la pérdida de bombeo aumenta y la potencia de salida del motor de combustión interna disminuye cuando se suministra una gran cantidad de aire a las proximidades del orificio de escape.

Los presentes inventores pensaron en generar una nueva presión negativa generando una nueva onda de choque en el trayecto de escape, que es diferente de la onda de choque que se propaga en la dirección aguas abajo en el trayecto de escape cuando se abre el orificio de escape. Esto supone aplicar el principio de la tobera convergente-divergente conocida generalmente, denominada generalmente “tobera de Laval”, a un motor de combustión interna que incluye un sistema de suministro de aire secundario. Esta tobera incluye una sección convergente que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo que disminuye a medida que avanza un fluido, una sección divergente prevista aguas abajo con respecto a la sección convergente y que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo que aumenta a medida que avanza el fluido, y una sección de garganta prevista entre la sección convergente y la sección divergente. Cuando la razón de presión de la presión P0 en la sección convergente y la presión P en la sección divergente (es decir, P/P0) es menor que la razón de presión crítica (para el aire, de aproximadamente 0, 528) , la velocidad del fluido supera la velocidad del sonido en la sección divergente. Para generar una nueva onda de choque en el trayecto de escape, los presentes inventores han previsto una sección convergente que tiene una menor área de sección transversal de trayecto de flujo en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma y también han previsto una sección divergente, aguas abajo con respecto a la sección convergente, que tiene una mayor área de sección transversal de trayecto de flujo en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma. Sin embargo, si se prevén meramente la sección convergente y la sección divergente en el trayecto de escape, la razón de presión de la presión P0 en la sección convergente y la presión P en la sección divergente (es decir, P/P0) no alcanza la razón de presión crítica y por tanto era imposible generar una nueva onda de choque.

Como resultado de estudios activos adicionales en los motores de combustión interna, los presentes inventores descubrieron que la onda de choque que se propaga en la dirección aguas abajo en el trayecto de escape cuando se abre el orificio de escape se propaga a mayor velocidad que los gases de escape que fluyen en ese momento al interior del trayecto de escape desde la cámara de combustión. Prestando atención a la diferencia en la velocidad entre la onda de choque y los gases de escape, los presentes inventores pensaron en una estructura para aumentar la presión P0 en la sección convergente. Se trata de una estructura que incluye una sección de ramificación para ramificar la onda de choque que precede a los gases de escape y por tanto propagar la onda de choque de vuelta al trayecto de escape. Entonces, los presentes inventores pensaron en una estructura mediante la cual la sección de ramificación se combina con una sección de suministro para suministrar aire a una parte del trayecto de escape que está aguas arriba con respecto a la sección divergente.

Un motor de combustión interna según la presente invención comprende una cámara de combustión que tiene un orificio de escape; una válvula de escape para abrir o cerrar el orificio de escape; un dispositivo de escape que tiene un trayecto de escape para guiar los gases de escape descargados desde la cámara de combustión a través del orificio de escape; y un sistema de suministro de aire secundario para suministrar aire al dispositivo de escape. El dispositivo de escape comprende una sección convergente que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo menor en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma; una sección divergente prevista aguas abajo con respecto a la sección convergente y que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo mayor en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma; y una sección de ramificación para ramificar una onda de choque, que se propaga en una dirección aguas abajo en el trayecto de escape a mayor velocidad que los gases de escape que fluyen al interior del trayecto de escape desde la cámara de combustión cuando se abre el orificio de escape, desde una... [Seguir leyendo]

1. Motor (1) de combustión interna, que comprende:

una cámara (10) de combustión que tiene un orificio de escape;

una válvula (9) de escape para abrir o cerrar el orificio (9a) de escape;

un dispositivo (5) de escape que tiene un trayecto (16) de escape para guiar los gases de escape descargados desde la cámara (10) de combustión a través del orificio (9a) de escape; y

un sistema (70) de suministro de aire secundario para suministrar aire al dispositivo (5) de escape;

en el que:

el dispositivo (5) de escape comprende:

una sección (32) convergente que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo menor en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma;

una sección (33) divergente prevista aguas abajo con respecto a la sección (32) convergente y que tiene un área de sección transversal de trayecto de flujo mayor en un extremo aguas abajo de la misma que en un extremo aguas arriba de la misma; y

una sección (21) de ramificación para ramificar una onda de choque, que se propaga en una dirección aguas abajo en el trayecto (16) de escape a mayor velocidad que los gases de escape que fluyen al interior del trayecto (16) de escape desde la cámara (10) de combustión cuando el orificio (9a) de escape está abierto, desde una parte del trayecto (16) de escape que está aguas arriba con respecto a la sección (33) divergente, y que propaga la onda de choque de vuelta al trayecto (16) de escape;

los gases de escape que fluyen al interior del trayecto (16) de escape desde la cámara (10) de combustión se hacen pasar por la sección (32) convergente y se hacen colisionar contra la onda de choque que se ha propagado en la sección (21) de ramificación, entre la sección (21) de ramificación y la sección (33) divergente, aumentando así la presión de los gases de escape en la sección (32) convergente;

los gases de escape se hacen pasar por la sección (33) divergente para generar una nueva onda de choque; y

el sistema (70) de suministro de aire secundario incluye una sección (72) de suministro para suministrar aire a una parte del trayecto (16) de escape que está aguas arriba con respecto a la sección (33) divergente, usando una presión negativa generada en la parte del trayecto (16) de escape que está aguas arriba con respecto a la sección (33) divergente por la nueva onda de choque generada.

2. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que la velocidad de los gases de escape descargados desde la cámara (10) de combustión cuando el orificio (9a) de escape está abierto es Ve y la velocidad de propagación de la onda de choque que se propaga en el trayecto (16) de escape es Vs, la distancia Le entre el orificio (9a) de escape y una entrada de la sección (21) de ramificación y la distancia Ls por la que se propaga la onda de choque en la sección (21) de ramificación cumplen la relación de:

Le/Ve : (Le + 2Ls) lVs; y

siendo el tiempo desde que se abre el orificio (9a) de escape hasta que se cierra el orificio (9a) de escape tv, la distancia Ld entre la entrada de la sección (21) de ramificación y la sección (33) divergente cumple la relación de:

3. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1 ó 2, en el que la sección (72) de suministro suministra aire a la sección (21) de ramificación.

4. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el área de sección transversal de trayecto de flujo de la entrada de la sección (21) de ramificación es igual o mayor que el 50% del

área de sección transversal de trayecto de flujo del trayecto (16) de escape en el que está prevista la sección (21) de ramificación.

5. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, en el que el área de sección transversal de trayecto de flujo de una parte del trayecto de sistema (70) de aire secundario que está aguas arriba con respecto a la sección (72) de suministro es igual o mayor que el área de sección transversal de trayecto de flujo de la sección (72) de suministro.

6. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que la sección (72) de suministro suministra aire a una parte aguas arriba con respecto a la sección (21) de ramificación en una dirección de flujo en el trayecto (16) de escape.

7. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que la sección (72) de suministro suministra aire a la misma posición que la sección (21) de ramificación en una dirección de flujo en el trayecto

(16) de escape.

8. Motor (1) de combustión interna según la reivindicación 1, en el que la sección (72) de suministro suministra aire a una parte aguas abajo con respecto a la sección (21) de ramificación en una dirección de flujo en el trayecto (16) de escape.

9. Vehículo, que comprende un motor (1) de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Embarcación marítima, que comprende un motor (1) de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 8.

11. Método de suministro de aire secundario para un motor (1) de combustión interna, que comprende las etapas de:

quemar combustible en una cámara (10) de combustión;

abrir una válvula (9) de escape para abrir o cerrar un orificio (9a) de escape de la cámara (10) de combustión para descargar gases de escape desde la cámara (10) de combustión a un trayecto (16) de escape y para generar una onda de choque que se propaga en el trayecto (16) de escape a mayor velocidad que los gases de escape;

ramificar al menos una parte de la onda de choque desde el trayecto (16) de escape y propagar la onda de choque ramificada de vuelta al trayecto (16) de escape para provocar que la onda de choque colisione contra los gases de escape, aumentando así la presión de los gases de escape;

provocar que los gases de escape fluyan al interior de una parte del trayecto (16) de escape que tiene una menor área de sección transversal de trayecto de flujo en una sección aguas abajo de la misma que en una sección aguas arriba de la misma, aumentando así la presión de los gases de escape; y

provocar que los gases de escape fluyan al interior de una parte del trayecto (16) de escape que tiene una mayor área de sección transversal de trayecto de flujo en una sección aguas abajo de la misma que en una sección aguas arriba de la misma, generando así una nueva onda de choque que se propaga en una dirección aguas abajo en el trayecto (16) de escape para generar una zona de una presión negativa en el trayecto (16) de escape y suministrar aire a la zona.

12. Motor (1) de combustión interna que adopta un método de suministro de aire secundario según la reivindicación 11.