DISPOSITIVO DE TRATAMIENTO DE GASES DE ESCAPE DE LOS MCIA DIESEL TURBO-SOBREALIMENTADOS.

Dispositivo de tratamiento de gases de escape de los MCIA diesel turbo-sobrealimentados.

Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los MCIA diesel turbo-sobrealimentados que comprende una carcasa exterior (2), unida a la culata del motor y la turbina mediante unas bridas de unión (3) y de fijación (4), al menos una rama de entrada (10) que comprende en su interior al menos un precatalizador de oxidación (12), al menos un filtro de partículas (14), al menos un postcatalizador de oxidación (13) aguas abajo de los filtros de partículas (14), al menos un conducto de salida (20) que comprende al menos unas lumbreras (9), por las que circulan unos gases de escape recirculados (EGR), al menos una cámara aislante y de regulación (8) de los gases de escape recirculados (EGR) situado entre la carcasa (2) y una pared interior (7) caracterizado por unos espacios vacíos (15), (18) y (19) situados de tal manera que permiten la expansión, contracción, difusión lateral y homogenización del flujo de los gases de escape a la salida y entrada de los canales.

Dispositivo de tratamiento de gases de escape de los MCIA diesel turbo-sobrealimentados Objeto de la invención El objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo de tratamiento de gases de escape de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados aplicable en la industria automovilística. Este dispositivo dispone de recirculación de gases de escape (EGR) y de elementos de postratamiento de gases de escape de entre los que se encuentran precatalizadores de oxidación, catalizadores principales de oxidación (DOC) y filtros de partículas (DPF) .

La invención incluye una novedosa disposición de los citados elementos aguas arriba de la turbina, que libera el espacio ocupado tradicionalmente por estos elementos de postratamiento debajo del habitáculo del vehículo; optimiza las prestaciones del motor, reduce volumen y peso de los elementos de postratamiento.

Antecedentes de la invención Es conocido en el estado de la técnica el problema del postratamiento de los gases de escape de los MCIA, siendo una técnica ampliamente usada por los fabricantes de este tipo de motores para cumplir con las normativas que regulan las emisiones de gases contaminantes.

La mayoría de vehículos cuentan con alguno o varios sistemas de postratamiento de los gases de escape. En concreto para los motores Diesel turbo-sobrealimentados, existen los siguientes tipos de elementos de postratamiento:

• Precatalizadores de oxidación y catalizadores principales de oxidación (DOC) para la oxidación del monóxido de carbono (CO) y de los hidrocarburos sin quemar (HC) .

• Filtros de partículas (DPF) para retener las partículas de hollín y oxidarlas de forma masiva y concentrada.

• Catalizadores de óxidos de nitrógeno (SCR) para la eliminación de emisiones de óxido de Nitrógeno (NOx) en presencia de un reductor.

Desde hace tiempo existe un número no desdeñable de patentes y publicaciones que abogan por adelantar los elementos de postratamiento aguas arriba de la turbina en los motores Diesel turbo-sobrealimentados.

Por el documento US 2007/0095054 A1 es conocido en el estado de la técnica un sistema de recirculación de gases de escape (EGR) que incluye un filtro de partículas (DPF) , situado todo el conjunto aguas arriba de la turbina, provisto para un motor diesel de combustión interna.

También es conocido en el estado de la técnica el documento WO 2010/092201 A1 en el que se describe un colector de escape de un motor alternativo turbo-sobrealimentado con cualquier número de cilindros entre 2 y 6 con filtro de partículas (DPF) y recirculación de gases de escape (EGR) , aguas arriba de la turbina.

Ambas propuestas proponen soluciones eficaces para el aprovechamiento de la energía de los gases de escape y lograr un alto grado de limpieza de dichas emisiones de gases antes de los turbogrupos de los motores Diesel sobrealimentados.

Sin embargo, la industria automovilística demanda continuamente soluciones eficaces frente a la problemática planteada y que se encuentre un equilibrio más eficaz en cuanto a limpieza de las emisiones de escape frente a la pérdida en la eficiencia del motor que esto supone. Inevitablemente, el adelantar los catalizadores y filtros de partículas aguas arriba de la turbina en los motores Diesel turbo-sobrealimentados, lleva consigo una respuesta transitoria de los motores sobrealimentados muy deficiente cuando se parte de condiciones frías de motor, debido a la elevada inercia térmica de estos elementos de postratamiento de gases y a las pérdidas de calor antes de que los gases de escape lleguen a la turbina.

La presente invención busca maximizar las prestaciones del motor y minimizar las pérdidas de energía debidas al postratamiento de los gases.

Descripción de la invención La presente invención responde a los problemas anteriormente mencionados con un dispositivo que alberga los elementos de postratamiento de gases de escape DOC y PDF aguas arriba de la turbina. De esta manera estos elementos de postratamiento de gases se benefician de una temperatura de los gases más alta, lo que mejora la eficiencia del proceso de limpieza. Además, generan una menor contrapresión al motor alternativo, por lo que también se mejora la eficiencia del motor.

Esta disposición novedosa de los elementos de postratamiento DOC y DPF deja espacio libre aguas abajo de la turbina y abajo del habitáculo del vehículo para albergar otros elementos de postratamiento como el SCR y los sistemas silenciadores. Esta solución compacta que utiliza una superficie de filtrado más eficiente, permite reducir el volumen y el peso de los elementos de postratamiento.

Estos y otros objetos se consiguen mediante un dispositivo de tratamiento de gases de escape de los motores de combustión interna alternativos Diesel turbo-sobrealimentados que está situado aguas arriba de la turbina y que comprende:

• Al menos un precatalizador de oxidación, que serán de número igual a las pipas de escape procedentes del motor del vehículo y que descargan en el dispositivo de tratamiento de gases. Estos precatalizadores de oxidación protusionan desde el dispositivo de tratamiento de gases de escape hacia dentro de las pipas de escape. Recogen los gases de escape contaminantes procedentes del motor.

• Al menos un filtro de partículas aguas abajo de los precatalizadores de oxidación. Los filtros de partículas recogen los gases de escape procedentes de los precatalizadores de oxidación. Siempre que el número de cilindros del motor sea superior a 3 y múltiplo de 3, dichos precatalizadores de oxidación se agrupan en grupos que recogen los gases de 3 cilindros del motor. Tales grupos descargan a un único filtro de partículas con lo que los filtros de partículas son de número igual a los grupos de precatalizadores de oxidación que se formen.

• Al menos un postcatalizador de oxidación aguas abajo de los filtros de partículas que son como mínimo de número igual los grupos de precatalizadores de oxidación configurados.

• Una carcasa exterior, que comprende:

- Al menos una brida de unión. Una brida une la carcasa a la culata del motor y otra brida une la carcasa a la turbina.

- Al menos una apertura hacia un conducto de salida de gases de escape recirculados (EGR) .

- Una pared interior paralela a la zona de la carcasa exterior. Dicha carcasa exterior delimita una cámara de aislamiento y de regulación de los gases de escape (EGR) que se introducen en ella a través de al menos un orificio ubicado en dicha pared interior aguas abajo de los citados al menos un postcatalizador de oxidación.

• Un conducto de salida de los gases de escape hacia la turbina que está configurado como una prolongación de la pared interior.

Caracteriza la invención la situación de unos espacios vacíos entre los precatalizadores de oxidación y los filtros de partículas, entre los filtros de partículas y los postcatalizadores de oxidación, y entre los poscatalizadores de oxidación y el conducto de salida que permiten la expansión y contracción, difusión lateral y homogenización del flujo de los gases de escape a la salida y entrada de los canales.

Caracteriza también al dispositivo de tratamiento de gases de escape de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados que en la zona de los filtros de partículas el dispositivo comprende unos monolitos separados entre sí por unas almas metálicas perforadas, configurados tales monolitos entre dos espacios vacíos. Las almas metálicas perforadas se extienden hasta el final de los monolitos y están perforadas de tal manera que son permeables a los gases de escape que circulan por dichos monolitos. Estas almas tienen una función estructural y están seccionadas transversalmente para cumplir esta misión con el menor peso posible.

Entre los monolitos de los filtros de partículas el dispositivo comprende además unas almas metálicas intermedias a las anteriores y estancas que se extienden aguas abajo de los postcatalizadores de oxidación y poseen una doble función estructural y de convertidor de impulsos. Las almas metálicas estancas están dispuestas a lo largo del dispositivo de forma paralela entre sí de tal forma que evitan que los pulsos de presión generados en los espacios vacios por la descarga de gases de uno de los cilindros lleguen al resto de cilindros. Pues para ello los pulsos de presión tendrían que atravesar dos veces los monolitos y otras dos veces los postcatalizadores lo cual laminaría los pulsos y los haría desaparecer. Es decir, las almas metálicas estancas separan los espacios vacios en cuatro cámaras que sólo...

1. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados que comprende una carcasa exterior (2) , unida a la culata del motor y la turbina mediante unas bridas de unión (3) y de fijación (4) a la culata del motor y a la turbina respectivamente, que comprende:

- al menos una rama de entrada (10) de los gases de escape al dispositivo de tratamiento de gases de escape MCIA Diesel turbo-sobrealimentado que comprende en su interior al menos un precatalizador de oxidación (12) ,

- al menos un filtro de partículas (14) aguas abajo de las ramas de entrada (10) ,

- al menos un postcatalizador de oxidación (13) aguas abajo de los filtros de partículas (14) ,

- al menos un conducto de salida (20) de los gases de escape al dispositivo de tratamiento de gases de escape MCIA Diesel turbo-sobrealimentado que comprende al menos unas lumbreras (9) , por las que circulan unos gases de escape recirculados (EGR) ,

- al menos una cámara aislante y de regulación (8) de los gases de escape recirculados (EGR) situado entre la carcasa (2) y una pared interior (7) ,

caracterizado por comprender además

- al menos un espacio vacío (15) entre las ramas de entrada (10) y los filtros de partículas (14) ,

- al menos un espacio vacío (18) entre los filtros de partículas (14) y los postcatalizadores de oxidación (13) ,

- al menos un espacio vacío (19) entre los postcatalizadores de oxidación (13) y el conducto de salida (20) ,

de tal manera que la situación de los espacios vacíos (15) , (18) y (19) permite la expansión, contracción, difusión lateral y homogenización del flujo de los gases de escape a la salida y entrada de los canales.

2. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según la reivindicación 1 caracterizado por que los filtros de partículas (14) comprenden unos monolitos (16) separados entre sí por unas almas metálicas perforadas (17) , configurados tales monolitos (16) entre los espacios vacíos (15) y (18) .

3. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende unas almas metálicas centrales y estancas (12) que se extienden hasta el espacio vacío (19) , aguas abajo de los postcatalizadores de oxidación (13) donde las almas metálicas estancas (12) separan los espacios vacios (15) y (18) en cuatro cámaras que sólo se comunican entre sí a través de los monolitos (16) y de los postcatalizadores (13) .

4. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende una almas metálicas central y estanca (12) que se extienden hasta el espacio vacío (19) , aguas abajo de los postcatalizadores de oxidación

(13) donde se reduce la sección de paso del flujo que sale desde cada uno de los espacios vacíos (18) , a través de los postcatalizadores (13) , hasta el espacio (19) de tal manera que la reducción de la sección efectiva de paso es tal que ésta ha de ser igual, en área, a un valor entre 0.7 veces y 0.4 veces la sección del conducto de salida (20) .

5. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende una almas metálicas central y estanca (12) que se extienden hasta el espacio vacío (19) , aguas abajo de los postcatalizadores de oxidación

(13) que cuando el número de cilindros del motor sea múltiplo de 3 –y superior a 3- separan los cilindros en grupos de 3.

6. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según las reivindicaciones 2 ó 3 caracterizado por que las almas metálicas perforadas (17) que separan los monolitos (16) que forman los filtros de partículas (14) se extienden hasta el espacio vacío (18) y están perforadas de tal manera que son permeables a los gases de escape que circulan por los monolitos (16) .

7. Dispositivo de tratamiento de gases de escape (1) de los motores de combustión interna alternativos (MCIA) Diesel turbo-sobrealimentados según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que, durante la fase de transitorio de carga o de aceleración la relación máxima entre combustible inyectado y aire admitido por los cilindros alcance valores hasta de un 20% superiores a la relación estequiométrica entre ambas sustancias.