BRPI0616748A2

BRPI0616748A2 - Válvula para o controle de um fluido

Info

Publication number: BRPI0616748A2
Application number: BRPI0616748-9A
Authority: BR
Inventors: Bernd Krauss; Frank Miller; Elmar Okrent
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2011-06-28
Also published as: EP1931872A1; DE102005046433A1; WO2007036382A1; CN101278119B; CN101278119A; EP1931872B1

Abstract

VáLVULA PARA O CONTROLE DE UM FLUIDO. A presente invenção refere-se a uma válvula para o controle de um fluido, especialmente para o controle de um gás. A válvula abrange uma caixa de válvula (31) e uma unidade de ativação para um elemento de fecho de válvula, que é guiado na caixa de válvula (31) e coopera com uma sede de válvula, de modo é controlável uma corrente de fluido de um lado de afluxo para um lado de efluxo da válvula (16). De acordo com a invenção, no lado de efluxo (16) da válvula está previsto um dispositivo de desvio e/ou de distribuição de gás (17').

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VÁLVULAPARA O CONTROLE DE UM FLUIDO".

ESTADO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se á uma válvula para o controle deum fluido, especialmente para o controle de um gás, segundo o tipo detalha-damente definido no preâmbulo da reivindicação 1.

Tal válvula é conhecida da prática e é, por exemplo uma válvulade controle de gás, que é empregável em um motor a gás ou também emuma célula de combustível de um veículo automotor, por exemplo um veícu-lo utilitário, ou em uma aplicação estacionária.

Uma outra válvula do tipo mencionado no início, por meio daqual um gás de combustão é insuflado em um tubo de aspiração de um mo-tor a gás ou de uma célula de combustível, abrange uma caixa de válvula,que aloja uma unidade de ativação eletromagnética para um induzido mag-nético. O induzido magnético é guiado axialmente deslocável na caixa deválvula, especialmente em uma manga da caixa de válvula, e executado emuma região do lado frontal como elemento de fecho de válvula, que cooperacom uma sede de válvula. Em função da posição do induzido magnético oudo elemento de fecho de válvula é controlável uma corrente de fluido de umlado de afluxo para um lado de efluxo da válvula. O eixo do cone de efluxodo gás coincide então com o eixo da válvula.

Quando de um emprego em combinação com um motor a gás,válvulas de gás executadas da maneira anteriormente descrita até agora viade regra, por motivos técnicos de montagem, são introduzidas em um ânguloagudo, por exemplo em um ângulo entre 45 0 e 90 0 para com o eixo do tubode aspiração. Graças a essa disposição resulta, quando da insuflação dogás no tubo de aspiração, no mesmo, um coxim de gás, que atua como ca-mada de bloqueio para ar, que é transportada pelo tubo de aspiração na di-reção de um cilindro do motor a gás. Isso tem por conseqüência o fato deque, quando da abertura do cilindro, a quantidade de ar requerida para acombustão não é transportada para dentro do cilindro ou há de se arcar comperdas relativamente ao grau de enchimento.Quando de uma aplicação da válvula de gás acima descrita se-gundo o estado atual da técnica em uma célula de combustível, a válvula degás via de regra é de tal maneira montada que seu eixo fica em ângulo retopara com o eixo de uma unidade de adução de gás. Dentro da unidade deadução de gás pode então ocorrer a formação de ondas. Devido à monta-gem reta da válvula de dosagem as condições de transporte de gás são por-tanto desfavoráveis.

A invenção tem por objetivo prover uma válvula para o controlede um fluido, por meio da qual seja obtida uma condução otimizada de gásquando do emprego em combinação com motores de combustão a gás outambém em combinação com células de combustível.VANTAGENS DA INVENÇÃO

A válvula de acordo com a invenção para controle de um fluido,especialmente para o controle de um gás, com as características segundo opreâmbulo da reivindicação 1, em cuja válvula no lado de efluxo é previstoum dispositivo de distribuição e/ou desvio de gás, possibilita graças a umacorrespondente projeção do dispositivo de distribuição e/ou désvio de gásuma introdução de um gás, definida, definida e otimizada relativamente aosrespectivos requisitos, em um compartimento em que a válvula desemboca.

Graças à desvio do gás na região do lado de efluxo da válvula,quando do emprego da válvula em um tubo de aspiração de um motor decombustão a gás é impedida uma frenagem ou bloqueio da massa de ar flu-indo em corrente pelo tubo de aspiração na região entre um medidor de cor-rente de massa de ar ou uma válvula de estrangulamento de um lado e umcilindro ou sua válvula de entrada de outro lado. O dispositivo de desvio degás garante que a corrente de gás possa ser otimizadamente aduzida aotubo de aspiração no que concerne a ângulo de entrada e altura de entradade corrente. Ademais, é evitado um desenvolvimento de ruído por exemplopela incidência de um jato de gás em um tubo de aspiração de plástico porexemplo contraposto. Quando de uma aplicação da válvula segundo a in-venção em combinação com um motor de combustão interna a gás, podeassim, relativamente ao emprego de uma válvula sem dispositivo de desviode gás no lado de efluxo, ser obtido um nítido aperfeiçoamento do compor-tamento de combustão.

Quando do emprego de uma válvula executada de acordo com ainvenção em uma célula de combustível, pode ser obtida uma otimização docomportamento da corrente de gás em uma unidade de adução de gás.

Ademais, mediante emprego de um dispositivo de desvio e/oudistribuição de gás, por uma condução de gás radial ou axial pode ser obtidauma boa preparação da mistura. Quando de um efluxo axial, devido ao dis-positivo de distribuição e/ou desvio de gás ocorre uma redução da velocida-de do jato de gás.

O dispositivo de distribuição e/ou desvio de gás pode ser execu-tado em uma só peça com a caixa de válvula e, portanto, fabricado de modointegrado por exemplo quando da injeção da caixa de válvula ou tambémrepresentar um componente separado, que é colado, soldado ou prensadocom a caixa de válvula ou um componente da válvula disposto em uma regi-ão do lado de efluxo.

Em uma forma de execução da válvula de acordo com a inven-ção executada de modo particularmente econômico, o dispositivo de desviopode ser formado de uma peça tubular curvada ou angulada. Tal dispositivode desvio de gás representa um componente, que é integrável de maneirasimples em uma válvula. A peça tubular tem, por exemplo, uma boca de e-fluxo do lado de saída, cujo eixo forma com o eixo da válvula um ângulo en-tre 60 0 e 90 A peça tubular pode também ser fechada do lado frontal eprovida de aberturas de efluxo radiais.

Quando a peça tubular representa um componente separado,vantajosamente é de tal maneira executada que é assentável em uma tubu-ladura do lado de saída da caixa de válvula, cujo diâmetro externo coincidecom o diâmetro interno da peça tubular. Especialmente, graças a tal proje-ção, válvulas de gás já existentes podem ser modificadas no sentido da in-venção.

Em uma forma de execução alternativa da válvula segundo ainvenção, o dispositivo de distribuição e/ou desvio de gás é formada de umaplaca perfurada, que é ajustada no lado de efluxo da válvula e apresentacanais lineares, que podem ser ajustados relativamente ao eixo da válvula. Aplaca perfurada é fabricada, por exemplo, de plástico ou metal.

Para garantir um perfeito funcionamento da válvula, a seçãotransversal de passagem dos canais é ao menos duas vezes maior do queuma cessão transversal de dosagem definida na sede de válvula.

A invenção tem também por objeto um tubo de aspiração de ummotor de combustão interna a gás, que é executado com um corpo tubular,que é agarrado por uma válvula executada de acordo com a invenção, aqual imerge em um compartimento interno do corpo tubular.

Ademais, a invenção tem por objeto uma válvula de combustívelcom ao menos uma unidade de adução de gás, que apresenta um canal deadução de gás, sendo que ao menos uma válvula executada de acordo coma invenção imerge no canal de adução de gás.

Outras vantagens e configurações vantajosas do objeto segundoa invenção podem ser depreendidas da descrição, do desenho e das reivin-dicações.

DESENHO

Exemplos de execução do objeto segundo a invenção estão re-presentados no desenho esquematicamente simplificados e serão detalha-damente explicados na descrição a seguir. Mostram:

A figura 1 - um corte longitudinal simplificado por um tubo deaspiração de um motor de combustão interna a gás, sendo que a ação deuma válvula configurada de acordo com a invenção é confrontada com aação de uma válvula segundo o estado atual da técnica;

A figura 2 - uma unidade de adução de gás de uma célula decombustível, sendo que a ação de uma válvula de gás executada de acordocom a invenção é confrontada com a ação de válvulas de gás segundo oestado atual da técnica;

A figura 3 - uma primeira variante de um dispositivo de desvioexecutado à maneira de peça tubular;

A figura 4 - uma segunda variante de um dispositivo de desvioexecutado à maneira de peça tubular;

A figura 5 - uma terceira variante de um dispositivo de desvioexecutado à maneira de peça tubular;

A figura 6 - um corte longitudinal por uma válvula de gás comum dispositivo de desvio executado como placa perfurada na região do ladode efluxo da válvula;

A figura 7 - uma representação ampliada da placa perfurada daválvula de gás segundo a figura 6;

A figura 8 - uma válvula de gás do tipo representado na figura 6com uma placa perfuração executada alternativamente;

A figura 9 - uma válvula de gás do tipo representado na figura 6com uma outra forma de execução de uma placa perfurada;

A figura 10 - uma válvula de gás do tipo representado na figura6 com uma outra forma de execução de uma placa perfurada;

A figura 11 - uma região de saída de uma válvula de gás comum dispositivo de desvio e distribuição de gás do tipo peça tubular, fechadono lado frontal;

A figura 12 - uma região de efluxo de uma válvula de gás comum dispositivo de desvio e distribuição do tipo peça tubular, fechado no ladofrontal;

A figura 13 - uma região de efluxo de uma válvula de gás comuma outra execução de um dispositivo de desvio e distribuição do tipo peçatubular, fechado no lado frontal;

A figura 14 - uma região de efluxo de uma válvula de gás comuma última execução de um dispositivo de desvio e distribuição do tipo peçatubular, fechado no lado frontal.

DESCRIÇÃO DOS EXEMPLOS DE EXECUÇÃO

Na figura 1 está representado um tubo de aspiração 10, queconduz a um cilindro de um motor de combustão interna a gás de um veículoautomotor. O tubo de aspiração 10 abrange um corpo tubular 11, que delimi-ta um compartimento interno 12, que serve como trajeto de corrente paragases aduzidos ao cilindro, que abrangem de um lado ar transportado emdireção axial do corpo tubular 11 segundo uma seta X e, de outro lado, umgás de combustão, que é insuflado por meio de uma válvula de insuflação degás 13 no compartimento interno 12 do corpo tubular 11. Para ilustração dainvenção, na região esquerda da figura 1 está disposta uma válvula de insu-fiação de gás 13'convencional.

A válvula de insuflação de gás 13 projetada de acordo com ainvenção está representada na região direita da figura 1 e é uma válvula ati-vada eletromagneticamente com uma caixa de válvula 14, na qual está dis-posta uma unidade de ativação eletromagnética, não representada em deta-lhes na figura 1, para um elemento de fecho de válvula, que é guiado na cai-xa de válvula 14 e coopera com uma sede de válvula, de modo que uma cor-rente de gás de combustão de um lado de afluxo 15 para um lado de efluxoda válvula de gás 13 é controlável.

No lado de efluxo 16 da válvula de gás 13 está disposto um dis-positivo de desvio 17 executado como peça tubular, que é colado com a cai-xa de válvula 14.

O dispositivo de desvio 17 tem um bocal de saída 18, cujo eixoforma com o eixo do corpo tubular 11 do tubo de aspiração 10 um ângulo γ.

O eixo da válvula 13 forma com o eixo do corpo tubular 11 dotubo de aspiração 10 um ângulo a. Tal disposição da válvula de gás 13 e talprojeção do dispositivo de desvio 17 faz com que o gás de combustão A in-suflado no tubo de aspiração seja introduzido a um ângulo de entrada planono compartimento interno 12 do tubo de aspiração 10. A corrente de ar nocompartimento interno 12 não é então prejudicada.

Pelo contrário, na válvula de insuflação de gás 13' executada demaneira convencional, disposta na região esquerda da figura 1, cujo eixoforma relativamente ao eixo do corpo tubular 11 igualmente um ângulo α depor exemplo 60 ° e não apresenta um dispositivo de desvio de gás, quandoda insuflação do gás de combustão se forma um coxim de gás de combus-tão C, que atua como camada de bloqueio para o ar transportador pelo tubode aspiração 10 segundo a seta X.

A projeção de uma válvula de gás de acordo com a invençãoconduz assim a um nítido aperfeiçoamento do comportamento de combustãode um motor a gás.

Na figura 2 está representada uma unidade de adução de gás 20de uma célula de combustível empregada em um veículo automotor. A uni-dade de adução de gás 20, que serve para a adução de hidrogênio à célulade combustível, abrange um canal de afluxo 21, que conduz a válvulas deinsuflação de gás 22A, 22B, 22C e 23, que novamente conduzem a jusantea um canal de efluxo 24, que está unido com a célula de combustível.

As válvulas de insuflação de gás 22A, 22B e 22C são executa-das de maneira convencional, de modo que o hidrogênio dosado por meiodessas válvulas é adicionado dosadamente em ângulo reto para com o eixodo canal de efluxo 24, como representado com auxílio da válvula 22C.

Pelo contrário, a válvula 23 é executada de acordo com a inven-ção, de modo que apresenta uma caixa de válvula 25, em cuja extremidadedo lado de efluxo está disposto um dispositivo de desvio de gás 17, que éexecutado à maneira de peça tubular e produz um desvio em 90 0 do gásdosado por meio da válvula 25. Tal desvio da corrente de hidrogênio conduza um aperfeiçoamento da corrente de gás no canal de efluxo 24.

Nas figuras 3 a 5 estão representadas distintas formas de exe-cução de um dispositivo de desvio de gás executado à maneira de peça tu-bular na extremidade do lado de efluxo de uma válvula de gás, que é proje-tado respectivamente para uma aplicação de motor de combustão interna agás ou uma aplicação de célula de combustível.

A válvula de gás segundo a figura 3 abrange uma caixa de vál-vula 31, que é fixada a um alojamento de válvula 32 e é provida em sua ex-tremidade do lado de efluxo de um dispositivo de desvio 17' do tipo peçatubular, que consiste em uma peça tubular curvada e desvio em cerca de 90

0 gás dosado. A seção transversal de corrente do dispositivo de desvio 17' éconstante por todo o seu comprimento.

A válvula de gás segundo a figura 4 abrange igualmente umacaixa de válvula 31, que está fixada em um alojamento de válvula 32. Naextremidade do lado de efluxo, a caixa de válvula 31 apresenta um dispositi-vo de desvio 17", que produz um desvio da corrente de gás em por exemplo60 ° e é formada igualmente de uma peça tubular curvada com diâmetro in-terno constante.

A variante segundo a figura 5 se distingue das variantes segun-do a figura 3 e a figura 4 pelo fato de que a caixa de válvula 31 é provida deum dispositivo de desvio 17"' do tipo peça tubular, que produz um desvio dacorrente de gás em 90 0 e cujo diâmetro interno na extremidade de lado deefluxo é reduzido relativamente à extremidade do lado de afluxo, de modoque é formado um bocal 18. O diâmetro interno na extremidade do lado deafluxo coincide com o diâmetro externo de uma tubuladura de conexão 33 dacaixa de válvula 31.

Na figura 6 está representado um recorte de uma válvula de in-suflação de gás 60, que é provida de uma caixa de válvula 61, que aloja umaunidade de ativação eletromagnética para um induzido magnético 63, que éguiado axialmente móvel em uma manga 64 e se apoia, de maneira em siconhecida, através de uma mola de reajuste, em um inserto do tipo gaxeta.

Em sua extremidade do lado de efluxo, o induzido magnético 63está executado como elemento de fecho de válvula 67, que coopera comuma sede de válvula 68 para controle de uma corrente de gás através deperfurações de dosagem 69.

No lado de efluxo das perfurações de dosagem 69 está dispostauma placa perfurada 70, que está disposta na manga 64 associada à caixade válvula 61. A placa perfurada 70 é segura por um rebordo 72 na mangade suporte de sede 64 contra um deslocamento axial na direção a jusante. Aplaca perfurada 70 é fabricada por exemplo de plástico e apresenta várioscanais 71 lineares, que são alinhados paralelamente e cujos eixos são ajus-tados relativamente ao eixo da válvula 60. O ângulo, formado pelos eixosdos canais 71 com o eixo da válvula 60, importa no presente caso em cercade 30 mas dependendo das condições de emprego pode também importarem até 600 ou mais. Esse ângulo determina a direção de corrente do gás.

A seção transversal de passagem de fluxo somada dos canais71 é ao menos duas vezes maior do que a seção transversal de dosagemdas perfurações de dosagem 69, que são executadas na região da sede deválvula 68. Assim é assegura que o ponto de estrangulamento principal naválvula 60 se situa na sede de válvula 68.

Na figura 8 está representada uma válvula de entrada de gás 80executada em correspondência à válvula de insuflação de gás segundo afigura 6, que é provida em seu lado de efluxo 16 de uma placa perfurada 70',que é ajustada a uma manga de válvula 64. A placa perfurada 70' é fabrica-da igualmente de plástico e apresenta vários canais 71' em forma de arco oucurvados, que têm o mesmo sentido de curvatura.

Na figura 9 está mostrada uma outra forma de execução de umaválvula de insuflação de gás 90 do tipo representado na figura 6, que é i-gualmente provida em seu lado de efluxo de uma placa perfurada 70", que éajustada em um manga de válvula 64. A placa perfurada 70" apresenta, con-tudo, canais 71" lineares, cujos eixos estão alinhados paralelamente ao eixoda válvula de insuflação de gás 90.

Na figura 10 está mostrada uma outra válvula de insuflação degás 100 do tipo representado na figura 6. A válvula de insuflação de gás 100abrange igualmente na região de seu lado de efluxo 16 uma placa perfurada70"', que é ajustada em uma manga de válvula 64 e segura na mesma. Aplaca perfurada 70"' apresenta canais lineares 71"' executadas à maneira derede, que são parcialmente ajustados relativamente ao eixo da válvula deinsuflação de gás 100 e parcialmente alinhados paralelamente ao eixo daválvula de insuflação de gás 100.

Na figura 11 está representada uma válvula de insuflação de gás110, que é inserida em uma tubuladura de válvula 111 de um tubo de aspi-ração de um motor a gás. A válvula de insuflação de gás 110 abrange umacaixa de válvula 112, sobre a qual assenta na região do um lado de efluxo16, isto é, na região do segmento de válvula imergindo no tubo de aspiração,um dispositivo de desvio e distribuição de gás 117 do topo panela ou do tipopeça tubular. O dispositivo de desvio e distribuição de gás 117 abrange umfundo 118, no qual estão executados canais 119 lineares, que são ajustadosrelativamente ao eixo da válvula de insuflação de gás 110. Os canais Iinea-res 119 produzem assim um desvio e distribuição do gás insuflado pela vál-vula de insuflação de gás 110.

Na figura 12 está representada uma válvula de insuflação de gás120, que está igualmente inserida em uma tubuladura de válvula 112 de umtubo de aspiração de um motor a gás e apresenta uma caixa de válvula 112,sobre a qual está assentado na região do lado de saída 16 um dispositivo dedesvio e distribuição de gás 117' do tipo peça tubular. O dispositivo de des-vio e distribuição de gás 117' tem um lado frontal fechado com um fundo118' e, em sua parede lateral, quatro aberturas de saída 121 distribuídaspela periferia, das quais três estão representadas na figura 12.

Na figura 13 está representada uma outra forma de execução deuma válvula de insuflação de gás 130. A válvula de insuflação de gás 130 sedistingue daquela segundo a figura 12 pelo fato de que apresenta um dispo-sitivo de desvio e distribuição de gás 117' do tipo peça tubular, fechado nolado frontal, que não é executado curvado, mas sim reto. O eixo do dispositi-vo de desvio e distribuição de gás 117" coincide portanto com o eixo da vál-vula de insuflação de gás 130. Em correspondência à forma de execuçãorepresentada na figura 12, o dispositivo de desvio e distribuição de gás 117"apresenta quatro aberturas de saída de gás 121 distribuídas por sua perife-ria, as quais são radialmente alinhadas com relação ao eixo do dispositivode desvio e distribuição de gás 117" e das quais três estão representadas nafigura 13.

Na figura 14 está representada uma válvula de insuflação de gás140, que corresponde essencialmente àquela segundo a figura 13, distin-guindo-se da mesma porém pelo fato de que é provida de um dispositivo dedesvio e distribuição de gás 117"' executada à maneira de panela, que apre-senta seis aberturas de saída de gás 121' distribuídas por sua periferia, dasquais quatro estão representadas na figura 14. Quando ao mais, a execuçãoda válvula de insuflação de gás 140 corresponde àquela da válvula de insu-fiação de gás segundo a figura 13.

Claims

1. Válvula para o controle de um fluido, especialmente para ocontrole de um gás, abrangendo uma caixa de válvula (14, 25, 31, 61, 112) euma unidade de ativação (62) para um elemento de fecho de válvula (67),que é guiado na caixa de válvula (14, 25, 31, 61, 112) e coopera com umasede de válvula (68), de modo que é controlável uma corrente de fluido deum lado de afluxo (15) para um lado de efluxo (16) da válvula, caracterizadapelo fato de que no lado de efluxo (16) da válvula está previsto um dispositi-vo de desvio e/ou de distribuição de gás (17, 17', 17", 17"', 70, 70', 70", 70"',10 117, 117', 117", 117"').

2. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que o dispositivo de desvio e/ou distribuição de gás é executado emuma só peça com a caixa de válvula.

3. Válvula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que o dispositivo de desvio e/ou de distribuição de gás (17, 17', 17",17'", 70, 70', 70", 70"', 117, 117', 117", 117'") está colado, soldado ou pren-sado com a caixa de válvula (14, 25, 31,61, 112).

4. Válvula de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracte-rizada pelo fato de que o dispositivo de desvio e/ou de distribuição de gás(17, 17', 17", 17'", 117, 117', 117", 117"') é formado de uma peça tubular,especialmente uma peça tubular curvada ou angulada.

5. Válvula de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelofato de que a peça tubular (17, 17', 17", 17'", 117, 117', 117", 117"') estáassentada sobre uma tubuladura (33) do lado de efluxo da caixa de válvula(14, 25, 31) e apresenta um diâmetro interno, que coincide com o diâmetroexterno da tubuladura (33).

6. Válvula de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizadapelo fato de que a peça tubular (17"') tem um bocal do lado de efluxo, cujoeixo forma com o eixo da válvula um ângulo (a).

7. Válvula de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, caracte-rizada pelo fato de que a peça tubular é fechada no lado frontal e apresentaem sua parede lateral ao menos uma abertura de efluxo.

8. Válvula de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracte-rizada pelo fato de que o dispositivo de desvio e/ou distribuição de gás (70) éuma placa perfurada, que é ajustada no lado de efluxo da válvula (60) e a-presenta canais (71) lineares, que são ajustados relativamente ao eixo daválvula (60), canais curvos, canais axiais ou canais executados à maneira derede.

9. Válvula de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelofato de que a seção transversal de passagem de fluxo dos canais (71) émaior do que uma seção transversal de dosagem definida na sede de válvu-la (68).

10. Tubo de aspiração de um motor de combustão interna a gás,com um corpo tubular (11), caracterizado por ao menos uma válvula (13)como definida em uma das reivindicações 1 a 9, que agarra o corpo tubular(11) e imerge em um compartimento interno (12) do corpo tubular (12).

11. Célula de combustível com ao menos uma unidade de adu-ção de gás, que apresenta um canal de gás (24), caracterizada pelo fato deque ao menos uma válvula (23) como definida em uma das reivindicações 1a 9 imerge no canal de gás (24).