Válvula de escape para un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, procedimiento para la reducción de formación de NOx en dicho motor y el propio motor.

Válvula de escape diseñada para controlar una abertura de escape (12) de un motor diesel de grandesdimensiones del tipo de dos tiempos y que tiene un disco de válvula (15) dispuesto en el extremo inferior de unvástago de válvula (14),

de manera que la cara inferior del disco de válvula (15) dirigida a la cámara de combustión(3), está dotada de una cubeta diseñada en forma de cavidad simétrica en rotación (18), presentando bordescircundantes y estando abierta hacia abajo, caracterizada porque para la retención de gases quemados para lareducción de la formación de NOx, la elevación máxima de la cara inferior conformada de manera cóncava del discode válvula (15) con respecto a una cara plana imaginaria (23) que soporta directamente el disco de válvula (15), seencuentra dentro del rango de 2-10% del diámetro externo del disco de válvula (15), y que el vástago de válvula (14)está dotado de palas de hélice (16).

Válvula de escape para un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, procedimiento para la reducción de formación de NOx en dicho motor y el propio motor

La invención se refiere, de acuerdo con un primer concepto, a una válvula de escape para un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, de acuerdo con un concepto adicional se refiere a un procedimiento para la reducción de la formación de NOx en dicho motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones y, de acuerdo con otro concepto, la invención se refiere al propio motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones. También se prevén procedimientos de fabricación y la utilización de la válvula de escape según la invención y la del propio motor.

Es sabido de modo general en esta técnica, que se pueden reducir los máximos o picos de la temperatura de la combustión y de esta manera la generación de NOx cuando se añade una cierta cantidad de gases quemados al aire nuevo que llena la cámara de combustión. Con este objetivo, se ha propuesto ya recircular una parte de los gases quemados (DE 101 16 643 C2) . Sin embargo, existe el riesgo de que lleguen al canal de escape no solamente los gases de escape, sino también aire de barrido, de manera que los gases de escape se diluyen con el aire de barrido, lo cual conduce a un contenido de oxígeno más elevado de los gases de escape recirculados y, por lo tanto, a una mayor formación de NOx. Otras desventajas sustanciales consisten en que se requiere un dispositivo oneroso y complejo de recirculación y que dicho dispositivo ocupa un espacio difícilmente disponible cerca del motor.

El documento GB 2227055 A describe un motor diesel de dos tiempos con una apertura de escape controlada por una válvula de escape. La cara inferior de esta válvula de escape es cóncava y forma una cavidad simétrica rodeada por el reborde. La razón de ello es que el conducto de suministro de combustible y la tobera de inyección están integrados en la válvula de escape. Se menciona en dicho documento, conservar una cierta cantidad de gases quemados a modo de una acumulación dentro del área del reborde de la cara inferior cóncava de la válvula de escape, para la reducción de la formación de NOx. Lo mismo es cierto también para la dimensión de la cavidad de la cara inferior de la válvula de escape.

El documento GB 375.121 muestra una válvula de seta para un motor de combustión interna que tiene una cámara cerrada en el extremo de la culata de la caña de la válvula, que contiene una cierta cantidad de un medio de refrigeración, y una cámara vacía sellada, de dimensiones sustanciales, en el extremo de la caña, que reduce de manera efectiva la transferencia de calor desde la parte media de la caña de la válvula a la punta de la misma.

Partiendo de esta técnica anterior, es un objetivo de la presente invención crear una válvula de escape mejorada adecuada para la reducción de la formación de NOx y también crear un procedimiento mejorado de fabricación de la misma.

Un segundo objetivo de la invención consiste en crear un procedimiento mejorado para la reducción de la formación de NOx.

Otros objetivos de la invención consisten en diseñar un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, mejorado, y también crear un procedimiento mejorado para la fabricación o recuperación del mismo.

El primer objetivo se soluciona por la válvula de escape de acuerdo con la reivindicación 1 o una de las reivindicaciones de fabricación 16, 18, 21, respectivamente.

El segundo objetivo se soluciona por el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11.

Los otros objetivos son solucionados por el motor diesel, de acuerdo con las reivindicaciones 22, 23 o 32, respectivamente, o una de las reivindicaciones de fabricación 38 o 40, respectivamente.

Por las características indicadas, se consigue que la cantidad precisa de gases quemados a añadir al aire para la siguiente combustión, se conserve en la cámara de combustión a modo de una acumulación de gases de escape construida dentro del área del reborde de la cara inferior de una válvula de escape, que controla una abertura de escape dispuesta coaxialmente con la cámara de combustión. Los gases quemados retenidos en la cámara de combustión no se diluyen con aire fresco, de manera que el contenido de oxígeno es muy bajo. Por lo tanto, solamente un pequeño volumen de gases retenidos es suficiente para una reducción efectiva de la emisión de NOx y también para la distribución favorable de temperatura en el material de la válvula de escape. Además, por medio de dicha cavidad, la masa de la válvula de escape, y se reduce, por lo tanto, también la transferencia de calor a los gases dentro de la cámara de combustión.

Otros desarrollos y ventajas útiles de las realizaciones de los conceptos antes indicados, así como, el procedimiento de fabricación, se mencionan en las reivindicaciones dependientes.

A continuación, se describirá un ejemplo funcional de la invención, con ayuda del dibujo.

En el dibujo:

Figura 1, muestra una sección vertical esquemática de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, del tipo de la invención.

La figura 2, muestra de forma esquemática la zona superior de un cilindro de la figura 1 con una válvula de escape abierta, de acuerdo con la invención.

La figura 3, muestra la disposición de la figura 2 con la válvula de escape cerrada.

La figura 4, es una sección a lo largo de la línea de corte IV/IV de la figura 3.

Los motores diesel del tipo mostrado en la figura 1 son utilizados normalmente para la impulsión de barcos o para el accionamiento de grandes centrales térmicas estacionarias. A lo largo de toda esta descripción y en las reivindicaciones correspondientes, los términos que indican dirección tales como arriba, abajo, al lado, etc., se refieren a las posiciones relativas principales del émbolo, cilindro, cámara de combustión, y válvula de escape, tal como se ha mostrado en la figura 1 en un motor vertical con eje del cilindro vertical. En otras orientaciones, los términos de dirección se tienen que interpretar de manera correspondiente.

El motor diesel 1 mostrado en la figura 1, es un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones del tipo de cruceta. Para un motor de este tipo, normalmente se disponen varios cilindros en forma de una disposición de una sola fila, si bien se conocen también otras disposiciones tales como, por ejemplo, V, X, Y. Uno de estos cilindros 2 se puede apreciar en la vista en sección de la figura 1. Cada uno de los cilindros 2 contiene una cámara de combustión 3 que, por su parte inferior, está delimitada por un émbolo de desplazamiento alternativo (conjunto) 4, por medio del cual el volumen de la cámara de combustión se puede aumentar/disminuir.

El conjunto del émbolo 4 está conectado con un conjunto de cruceta 5 a través de la biela de émbolo 6. El conjunto de la cruceta 5 comprende una construcción de cojinete con capacidad de basculación, que se designará de forma abreviada como bulón de la cruceta 7. La biela de émbolo 6 está fijada al conjunto del émbolo y al conjunto de la cruceta 5. El conjunto de la cruceta 5 está conectado a un cigüeñal 8 por medio de una biela 9 que tiene un extremo conectado con capacidad de basculación en el bulón de cruceta 7 y tiene otro extremo conectado con capacidad de rotación a un bulón de cigüeñal, tal como es conocido en esta técnica.

El cilindro 2 está dotado en su parte inferior de lumbreras de entrada 10. Las lumbreras de entrada de aire 10 son abiertas y cerradas con respecto a la cámara de combustión por el émbolo alternativo 4. A través de las lumbreras de entrada de aire 10, cuando están abiertas, el aire puede ser alimentado a la cámara de combustión 3 para las operaciones de barrido y llenado de la cámara. En esta descripción y en las reivindicaciones correspondientes, a este respecto, la palabra “aire”, además de aire normal desde el medio ambiente, significa también aire que tiene posiblemente otros componentes gaseosos mezclados, es decir, por ejemplo, para controlar el contenido total de oxígeno del “aire” alimentado a la cámara de combustión. En la zona superior del cilindro 2, están dispuestas una válvula o válvulas de inyección 11 para la inyección de combustible en la cámara de combustión 3 cuando el émbolo 4 se encuentra en la zona del punto muerto superior.

La combustión del combustible inyectado provoca el movimiento descendente del émbolo 4. Después de ello, los gases quemados escapan a través de una abertura de escape 12 dispuesta en el extremo superior de la cámara de combustión 3, preferentemente... [Seguir leyendo]

1. Válvula de escape diseñada para controlar una abertura de escape (12) de un motor diesel de grandes dimensiones del tipo de dos tiempos y que tiene un disco de válvula (15) dispuesto en el extremo inferior de un vástago de válvula (14) , de manera que la cara inferior del disco de válvula (15) dirigida a la cámara de combustión (3) , está dotada de una cubeta diseñada en forma de cavidad simétrica en rotación (18) , presentando bordes circundantes y estando abierta hacia abajo, caracterizada porque para la retención de gases quemados para la reducción de la formación de NOx, la elevación máxima de la cara inferior conformada de manera cóncava del disco de válvula (15) con respecto a una cara plana imaginaria (23) que soporta directamente el disco de válvula (15) , se encuentra dentro del rango de 2-10% del diámetro externo del disco de válvula (15) , y que el vástago de válvula (14) está dotado de palas de hélice (16) .

2. Válvula de escape, según la reivindicación 1, caracterizada porque la elevación máxima de la cara inferior conformada de forma cóncava del disco de válvula (15) con respecto a una cara plana imaginaria (23) que soporta directamente el disco de válvula (15) se encuentra dentro del rango de 5-7% del diámetro externo del disco de válvula (15) .

3. Válvula de escape, según la reivindicación 2, caracterizada porque la elevación máxima de la cara inferior conformada de manera cóncava del disco de válvula (15) con respecto a una cara plana imaginaria (23) que soporta directamente el disco de válvula (15) se encuentra dentro del rango de 6-6, 5% del diámetro externo del disco de válvula (15) .

4. Válvula de escape, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el diámetro externo del disco de válvula

(15) de la válvula de escape (13) es como mínimo de 100mm.

5. Válvula de escape, según la reivindicación 4, caracterizada porque el diámetro externo del disco de válvula (15) de la válvula de escape (13) es, como mínimo, de 160mm.

6. Válvula de escape, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el disco de válvula (15) que tiene la cavidad (18) diseñada como cubeta para la retención de gases quemados, está dotada de una capa de protección en la cara inferior del disco de válvula.

7. Válvula de escape, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está diseñada como válvula compuesta, de manera que el disco de válvula (15) está aplicado al vástago de válvula (14) .

8. Válvula de escape, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque es identificable por datos leídos sin contacto de, como mínimo, una etiqueta de dicha válvula, preferentemente una etiqueta de tipo RFID, comprendiendo datos almacenados para definir dicha válvula de forma no ambigua.

9. Válvula de escape, según la reivindicación 8, caracterizada porque, como mínimo, una de dichas etiquetas está dotada adicionalmente de datos que especifican detalles para autentificar dicha válvula, tales como datos de autentificación que comprenden asimismo, preferentemente, datos de fabricación, aprobación, datos históricos, y datos de utilización futura posible o planificada de dicha válvula.

10. Válvula de escape, según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque, como mínimo una de dichas etiquetas está situada dentro de las ¾ partes de la longitud axial total de la válvula opuesta al disco extremo de la misma.

11. Procedimiento para la reducción de la formación de NOx en un motor diesel de grandes dimensiones (1) de tipo dos tiempos que tiene, como mínimo, una cámara de combustión (3) con una abertura de escape (12) dispuesta coaxialmente dentro de una válvula de escape (13) y controlada por la misma, que está realizada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, de manera que en cada ciclo de trabajo tiene lugar una inyección de combustible, combustión del combustible, expulsión de gases quemados, barrido y llenado de aire fresco, así como la compresión de la carga de la cámara de combustión (3) , de manera que una parte de gases quemados es añadida al aire antes de la combustión, y de manera que como mínimo una parte de los gases quemados añadidos al aire son conservados en la cámara de combustión (3) a modo de una acumulación (19) de gases quemados dispuesta dentro del área del reborde de la cara inferior de dicha válvula de escape (13) conformada de manera cóncava en su cara inferior.

12. Procedimiento, según la reivindicación 11, caracterizado porque el aire fresco alimentado a la cámara de combustión (3) es obligado a girar alrededor de un eje central.

13. Procedimiento, según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque en la inyección del combustible, el combustible es inyectado, por lo menos parcialmente, desde fuera de la acumulación (19) hacia dentro de dicha acumulación (19) de gases quemados formada en la cara inferior de la válvula de escape (3) .

14. Procedimiento, según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la válvula de escape (3) es obligada a girar

alrededor de su eje durante el tiempo en el que no se encuentra en posición completamente cerrada.

15. Procedimiento, según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la mayor parte del combustible es inyectado en el aire fresco.

16. Fabricación de una válvula de escape (adecuada para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 – 10, caracterizada porque dicha válvula es fabricada como válvula nueva a partir de nuevos elementos.

17. Fabricación de una válvula de escape, de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada porque dicha válvula de escape ha sido realizada inicialmente e identificada como nueva válvula de escape terminada, que no comprende la característica de la reivindicación 1, y que dicha válvula de escape nueva terminada es procesada posteriormente para obtener un estado comprendido por una o varias de las reivindicaciones 1 – 10.

18. Fabricación de una válvula de escape (apropiada para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , según una o varias de las reivindicaciones 1 – 10, caracterizada porque dicha válvula es fabricada por proceso posterior de una válvula usada que no ha quedado comprendida hasta el momento en la característica caracterizante de la reivindicación 1, para obtener una situación que queda comprendida por una o varias de las reivindicaciones 1 – 10.

19. Fabricación de una válvula de escape (apropiada para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , según una o varias de las reivindicaciones 1 – 10, caracterizada porque dicha válvula es fabricada por reacondicionamiento de una válvula de escape desgastada que, como mínimo anteriormente (posiblemente todavía) , ha comprendido la característica caracterizante de la reivindicación 1, para obtener un estado de funcionamiento comprendido por una o varias de las reivindicaciones 1 – 10.

20. Fabricación de una válvula de escape (apropiada para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , según una o varias de las reivindicaciones 1 – 10, caracterizada porque dicha válvula es fabricada por un proceso especial de una válvula de escape existente, comprendiendo dicho proceso especial las etapas de:

- eliminación de un área del vástago de la válvula de la parte residual de disco de válvula, y

- fijación de otra parte del vástago de la válvula a la parte residual del disco de válvula,

comprendiendo entonces la válvula de escape resultante, la parte del disco de válvula residual, para obtener una situación comprendida por una o varias de las reivindicaciones 1 – 10.

21. Fabricación de una válvula de escape con un dispositivo para la reducción de la formación de NOx y de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 – 10, caracterizada porque dicha válvula es fabricada por un proceso especial de una válvula de escape existente, comprendiendo dicho proceso especial las siguientes etapas:

- eliminación de una parte del disco de la válvula de la parte del vástago residual de la válvula, y

- fijación de otra parte de disco de válvula a la parte residual de vástago de válvula,

comprendiendo entonces la válvula de escape resultante, la parte del disco de válvula residual, para obtener una situación comprendida por una o varias de las reivindicaciones 1 – 10.

22. Motor diesel de grandes dimensiones de tipo de dos tiempos (adecuado para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , que tiene una cámara de combustión (3) delimitada por un émbolo alternativo (4) , caracterizado por tener, como mínimo, una válvula de escape (13) , de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones 1 – 10.

23. Motor diesel de grandes dimensiones de tipo de dos tiempos (adecuado para la reducción de la formación de NOx por retención de gases quemados) , que tiene una cámara de combustión (3) delimitada por un émbolo alternativo (4) , caracterizado porque

- tiene, como mínimo, una válvula de escape según la reivindicación 10, y

- la etiqueta de dicha válvula de escape está expuesta para lectura por un dispositivo sin contacto dispuesto por encima de la cámara de combustión para dicha válvula de escape.

24. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 23, caracterizado porque el volumen de cámara de combustión (3) añadido provocado por la cavidad (18) de la cara inferior del disco de válvula (15) es compensado al elevar el nivel de la cara inferior del émbolo (4) , en comparación con la disposición del disco de válvula sin rebaje.

25. Motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según la reivindicación 24, caracterizado por la disposición de una capa de separadores (24) entre dos áreas de soporte asignadas al conjunto de émbolo (4) , para

la compensación de la elevación de la cara superior del émbolo.

26. Motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según la reivindicación 24, que tiene una cruceta (5) , cuyo bulón está conectado con el conjunto (4) del émbolo por intermedio de una biela de émbolo (4) soportada en la estructura de la cruceta (5) , caracterizado porque una capa de separadores (24) está insertada entre el bulón (7) de la cruceta y la biela (6) del émbolo.

27. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 22 ó 24, caracterizada porque el volumen de la cavidad (18) de la cara inferior del disco de válvula (15) se encuentra dentro del rango de 0, 5-3, 0% del volumen de la cámara de combustión (3) cuando la válvula de escape se encuentra en posición de cierre, y el émbolo (4) ha alcanzado el punto muerto superior.

28. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 27, caracterizado porque el volumen de la cavidad

(18) en la cara inferior del disco de válvula (15) se encuentra dentro del rango de 1-2% del volumen de la cámara de combustión (3) cuando la válvula de escape se encuentra en posición de cierre y el émbolo (4) ha alcanzado el punto muerto superior.

29. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 18, caracterizado porque el volumen de la cavidad

(18) de la cara inferior del disco de válvula (15) se encuentra dentro del rango de 1, 6-1, 7% del volumen de la cámara de combustión (3) cuando la válvula de escape se encuentra en posición de cierre y el émbolo (4) ha alcanzado el punto muerto superior.

30. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 23 ó 24, caracterizado porque el émbolo (4) tiene una cara superior cóncava (20) en oposición a la cara inferior cóncava (17) de la válvula de escape (13) .

31. Motor diesel de grandes dimensiones, según la reivindicación 23 ó 24, caracterizado porque en la cámara de combustión (3) están situadas válvulas de inyección (11) por fuera de la cara inferior cóncava (17) de la válvula de escape (13) .

32. Motor diesel de grandes dimensiones de tipo de dos tiempos, caracterizado por tener la cámara de combustión

(3) de, como mínimo, uno de sus cilindros funcionando mediante un procedimiento según la reivindicación 11.

33. Motor diesel de grandes dimensiones de tipo de dos tiempos, según la reivindicación 32; caracterizado porque

- en, como mínimo, una de dichas cámaras de combustión de cilindro se ha montado una válvula de escape de acuerdo con la reivindicación 10, y

- la etiqueta de, como mínimo, una de dichas válvulas de escape durante el funcionamiento de dicho motor diesel de grandes dimensiones, es leída por un dispositivo sin contacto para recoger datos de la etiqueta.

34. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, con un dispositivo para la reducción de formación de NOx, de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 22 a 33, caracterizado por el montaje de, como mínimo, una válvula de escape, según una o varias reivindicaciones relevantes de las reivindicaciones 1 a 10, a cualquier otra parte o conjunto de partes que forman parte/están destinadas a formar parte de dicho motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según una o varias de las reivindicaciones 22 a 33.

35. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según la reivindicación 34, caracterizado por el montaje de, como mínimo, una capa de separadores entre dos áreas de soporte asignadas a un conjunto de émbolo que delimita, está destinado a delimitar, una cámara de combustión que está también delimitada/destinada a ser delimitada por una válvula de escape, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10.

36. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según la reivindicación 34 ó 35, caracterizado por la inserción de una capa de separadores entre una estructura de bulón de cruceta presente y su correspondiente biela de émbolo para funcionar conjuntamente en la misma cámara de combustión con una válvula de escape, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10.

37. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según una o varias de las reivindicaciones 34 a 36, caracterizado porque dicho motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones es construido como motor nuevo.

38. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según una o varias de las reivindicaciones 34 a 36, caracterizado por el retromontaje en un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones ya existente, no comprendido por ninguna de las reivindicaciones anteriores de, como mínimo una válvula de escape, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, para sustituir una válvula de escape no comprendida por cualquier reivindicación presente, cuya válvula fue desmontada previamente de dicho motor.

39. Fabricación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones, según una o varias de las

reivindicaciones 34 a 38, caracterizado porque en un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones ya existente, comprendido por una o varias de las reivindicaciones anteriores, se sustituye como mínimo una válvula de escape, según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, por otra válvula de escape, de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, pero que tiene una forma de su cabeza de válvula distinta de la válvula de escape a sustituir, para reducir mejor la formación de NOx, preferentemente cuando dicho motor se prevé que funcionará durante un periodo de tiempo a un nivel de potencia típico que se desvía más del 15% de otro nivel de potencia típico recientemente utilizado.

40. Recuperación de un motor diesel de dos tiempos de grandes dimensiones (con instalación de un dispositivo para la reducción de la formación de NOx) , de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriore.

2. 33, caracterizado por la sustitución de una válvula de escape desgastada por una válvula de escape según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10.