ES2206188T3 - Dispositivo conductor de gas. - Google Patents
Dispositivo conductor de gas.Info
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Abstract
Dispositivo conductor de aire para motores de combustión interna con dispositivo de sobrealimentación de aire, especialmente en motores de vehículos automóviles, que comprende: - un canal de presión de aire fresco (5b) que desemboca en un canal de salida de compresor (108) de un compresor (102) del dispositivo de sobrealimentación de aire, - un canal de aire fresco (2b) que alimenta aire fresco, - un canal de salida del compresor (4b) y una embocadura (1b) que desemboca en el canal de aire fresco (2b) y en el canal de entrada del compresor (4b), en el que al menos el canal de presión de aire fresco (5b) y la embocadura (1b) están conectados entre sí por medio de un órgano de mando (60-69) para dosificar el aire, caracterizado porque está previsto un dispositivo de compensación (61; 61A; 62; 62A; 63; 80; 81; 82; 84; 85; 86; 89) con el fin de compensar las fuerzas que actúan sobre el órgano de mando (60-69) debido a una diferencia de presión (p3-p2) entre el lado del gas a presión (p3) y el lado de gas fresco (p2), de tal modo que la diferencia de presión no conduzca a una componente de fuerza que actúe en dirección de una apertura o cierre del órgano de mando.
Description
Dispositivo conductor de gas.
La invención se refiere a un dispositivo
conductor de aire con compensación de presión, como se describe en
la reivindicación 1, así como a un uso de tal dispositivo conductor
de aire como un conductor de aire para un motor de combustión
interna provisto de un dispositivo de sobrealimentación de aire.
Los motores Otto y Diesel, especialmente los de
vehículos automóviles, están provistos habitualmente de dispositivos
conductores de gas, especialmente válvulas de retorno de gases de
escape (válvulas AGR). A través de ellas se mezcla gases de escape
parcialmente con el gas fresco aspirado, con vistas a rebajar las
emisiones de NO_{x} así como para mejorar el consumo de carburante
y disminuir la producción de ruido. Además, hay dispositivos
conductores de aire, especialmente en relación con dispositivos de
sobrealimentación de aire para motores de combustión interna.
Tales dispositivos conductores de gas contienen
órganos de dosificación, o bien órganos de mando, con los que se
puede ajustar la cantidad del gas conducido o retornado de acuerdo
con el punto de funcionamiento. Un retorno de gas demasiado bajo
haría perder los efectos perseguidos, conduciría en el retorno de
gases de escape de los motores Otto a grandes averías funcionales o
a un aumento indeseado de las emisiones de HC o incluso CO, en los
motores diesel daría lugar a un incremento indeseado de las
emisiones de partículas y a un retorno de aire demasiado grande
haría inalcanzable el estado de carga perseguido.
Tales órganos de mando son en general válvulas
completamente cerrables, que son ajustadas por una membrana de
depresión o un servomotor o bien un imán proporcional que trabaja
contra un muelle, que se acciona por su parte a través de una
válvula de ciclos o un relé del aparato de mando del motor. Las
informaciones así utilizadas en el aparato de mando son por regla
general las relativas a la carga y número de revoluciones del motor
así como a la cantidad de aire aspirado. Para mejorar el modo de
funcionamiento se emplea también la retroalimentación de la carrera
de apertura en un sistema medidor de carrera.
En los dispositivos conductores de gas actúa la
caída de presión que se produce por regla general entre los sistemas
tubulares del motor unidos por ellos. Para el accionamiento del
órgano dosificador del dispositivo conductor de gas representa hasta
ahora un problema el hecho de que se intente mover el órgano
dosificador en la dirección en que discurre el gas guiado o
retornado.
WO 98/54460 describe un dispositivo conductor de
gases de escape para retornar los gases de escape en una
alimentación de gas en motores con una alimentación de gases de
escape, una alimentación de gas fresco y un canal de salida que
desemboca en la alimentación de gas. La alimentación de gases de
escape y de gas fresco está conectada a través de un órgano de mando
en cuyo lado de gas fresco está prevista una placa de presión que
minimiza la influencia de las fluctuaciones de presión que surgen en
el lado de gases de escape y gas fresco y que repercuten en el
caudal de gases de escape.
DE-C-19639146
divulga una válvula de aire de circulación de empuje que se instala
entre una tubería de aire de entrada y una tubería de salida del
compresor en un motor de combustión interna con dispositivo
sobrealimentador de aire. Para gobernar las relaciones del aire de
entrada durante el funcionamiento con empuje está prevista una
tubería de mando que por un tubo de aspiración situado detrás de la
válvula de estrangulamiento airea un acumulador de resorte de la
válvula de aire de circulación de empuje.
Un objetivo de la invención es realizar un
dispositivo conductor de aire que permita accionar la válvula de la
forma más independiente posible de las citadas fluctuaciones de
presión que actúan sobre el dispositivo conductor de aire.
Se alcanza este objetivo por un dispositivo
conductor de aire que presenta los rasgos indicados en la
reivindicación 1.
De acuerdo con la invención, un dispositivo
conductor de aire para motores de combustión interna con dispositivo
de sobrealimentación de aire, especialmente en motores de vehículos
automóviles, comprende:
- -
- un canal de presión de aire fresco que desemboca en un canal de salida de un compresor del dispositivo de sobrealimentación de aire,
- -
- un canal de aire fresco que alimenta aire fresco,
- -
- un canal de salida del compresor y una embocadura que desemboca en el canal de aire fresco y en el canal de entrada del compresor,
en el que al menos el canal de presión de aire
fresco y la embocadura están conectados entre sí por medio de un
órgano de mando para dosificar el aire y está previsto un
dispositivo de compensación con el fin de compensar las fuerzas que
actúan sobre el órgano de mando debido a una diferencia de presión
entre el lado del gas a presión y las presiones de gas en el lado de
gas fresco, de tal modo que la diferencia de presión no conduzca a
una componente de fuerza que actúe en dirección de apertura o de
cierre del órgano de mando.
Por consiguiente, la invención permite
especialmente dimensionar un dispositivo de accionamiento del órgano
de mando con medidas más pequeñas, con la consecuencia del ahorro de
espacio y ahorro de peso, menor consumo de corriente y menor
calentamiento propio. La caída de presión de la presión del aire en
el órgano de mando no puede llevar debido a éste dispositivo de
compensación a una componente de fuerza que actúe en dirección
de una apertura o cierre indeseados del órgano de mando, por lo
que se mejora considerablemente la cantidad de gas obtenida.
Según una forma de realización preferida de la
invención se somete un lado del dispositivo de compensación a la
acción de la presión del gas en el lado de gas a presión, y en el
otro lado, a la presión de gas del lado de gas fresco. La diferencia
de presión que se produce en el dispositivo de compensación da lugar
a una componente de fuerza que está dirigida contra la componente de
fuerza a compensar, presenta el mismo valor y por consiguiente
produce la igualación de ambas componentes de fuerzas.
El dispositivo de compensación puede estar
realizado ventajosamente como una válvula de estrangulamiento, una
válvula doble, de bola, cónica, o cilíndrica en el órgano de
mando.
Según otra forma de realización preferida, el
órgano de mando comprende un vástago de válvula y un plato de
válvula fijado al mismo con una superficie efectiva de presión de
gas, de manera que actúe sobre el plato de válvula una fuerza de
plato de válvula que es igual al producto de la superficie efectiva
de presión del gas y de la diferencia de presión. El dispositivo de
compensación comprende al menos un pistón, una membrana y/o un
fuelle que se fija en el vástago de válvula y que sobre cuya
superficie efectiva de presión de gas actúa la diferencia de
presión, por lo que se ejerce en el vástago de válvula una fuerza de
compensación que compensa la fuerza del plato de la válvula.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida, el órgano de mando es accionable por un dispositivo o
motor de regulación mecánico, neumático, hidráulico, magnético o
eléctrico, especialmente un electroimán de elevación eléctrico. Ha
resultado especialmente ventajosa la utilización de un imán o imán
proporcional que se pueda regular muy rápidamente y de forma precisa
con tal apertura o ajuste del órgano de mando. Como la fuerza de
regulación en un imán proporcional únicamente es determinada
aproximadamente por la intensidad de corriente que fluye a través
del mismo, pero no por la carrera de apertura, es posible además
ventajosamente una rápida reacción a las señales de mando.
Según otra forma de realización preferida, el
dispositivo de compensación comprende una válvula interior que está
realizada en el órgano de mando.
Ventajosamente, es gobernable una presión de gas
en un espacio de compensación de la válvula interior a través de la
válvula interior en conexión con un intervalo de apertura entre un
pistón y el dispositivo de compensación y un manguito de guiado del
pistón y la válvula interior es accionable por un dispositivo de
regulación y/o un dispositivo de válvula interior. La elección del
diámetro del pistón con relación al del órgano de mando, por ejemplo
de la válvula principal, influye también en la dimensión de la
válvula interior en relación con el intervalo de apertura entre el
pistón y el manguito de guiado.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida, el dispositivo de compensación actúa a través de una
transmisión cinemática, en especial una transmisión por palanca,
sobre el órgano de mando, para compensar una diferencia entre
superficies activas para la presión de gas por un lado del órgano de
mando, y por otro del dispositivo de compensación. Esta transmisión
multiplica la componente producida por el dispositivo de
compensación a un tamaño que es apropiado para la compensación de
la fuerza a compensar en el órgano de mando. Esto resulta
especialmente ventajoso cuando las superficies o áreas activas
para la presión de gas se diferencian del dispositivo de
compensación y órgano de mando.
Según una forma de realización preferida, el
órgano de mando es pretensado por una acción de resorte de una
membrana o de un fuelle en dirección de cierre, pudiendo preverse,
adicionalmente un muelle para soportar el pretensado, con vistas a
producir una componente de fuerza adicional en la dirección de
cierre del órgano de mando.
De acuerdo con una forma de realización preferida
de la invención, el dispositivo de compensación y el órgano de mando
se unen entre sí de manera activa y son gobernables a través del
dispositivo de regulación. De este modo las fuerzas producidas por
el dispositivo de compensación y por el dispositivo de regulación
pueden actuar juntas sobre el órgano de mando y sumarse o
compensarse adecuadamente, con vistas a ejercer la componente de
fuerza o fuerza neta deseada sobre el órgano de mando.
Según otra forma de realización, el órgano de
mando presenta el dispositivo que dispone en todo momento de la
información relativa a la respectiva sección de apertura del órgano
de mando, por ejemplo, un potenciómetro. De esta manera se puede
comparar con una abertura de régimen la apertura del órgano de mando
ajustada por el dispositivo de accionamiento.
Ventajosamente, el dispositivo conductor de aire
permite también una circulación de aire desde el canal de aire
fresco dentro del canal de presión de aire fresco a través del
órgano de mando, cuando impera en el canal de presión de aire fresco
una presión de gas más pequeña que en el canal de aire fresco.
A continuación se va a describir con más detalle
y a título de ejemplo formas de realización preferidas. En
ellas:
la figura 1 es una representación esquemática de
partes de un sistema de gas fresco y de gases de escape
de un motor de combustión interna con una disposición
preferida de un dispositivo conductor de aire b según la invención.
El dispositivo designado con la referencia a representa un
dispositivo de retorno de gases de escape que no entra dentro del
campo de protección de las reivindicaciones anexas;
la figura 2 es una representación en sección
transversal esquemática de un dispositivo conductor de aire según la
invención con una tubería de compensación de presión;
la figura 3 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una válvula de estrangulamiento como órgano de mando;
la figura 4 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con dos válvulas opuestas;
la figura 5 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una válvula de bola cónica o cilíndrica;
la figura 6 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una membrana y una transmisión por palanca;
la figura 7 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una membrana y una transmisión por palanca;
la figura 8 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una membrana y una transmisión por palanca;
la figura 9 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con un fuelle;
la figura 10 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con un pistón impulsado con vistas a la compensación de la presión a
través de un cuerpo de válvula hueco;
la figura 11 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una válvula interior adicional;
la figura 12 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización de la invención
con una válvula interior adicional;
la figura 13 es una representación en sección
transversal de otra forma de realización de la invención con una
válvula interior adicional;
la figura 14 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización preferida de la
invención; y
la figura 15 es una representación en sección
transversal esquemática de otra forma de realización preferida de la
invención.
En lo que sigue, por razones de simplificación de
la representación, todos los rasgos iguales o idénticos de las
diversas formas de realización serán designados con referencias
unitarias.
La figura 1 muestra partes esquemáticas de un
sistema de gas fresco y gases de escape de un motor de combustión
interna con un dispositivo conductor de gas que retorna los gases
de escape (dispositivos de retorno de gases de escape) a y un
dispositivo conductor de aire preferido según la invención para
conducir gases frescos (que en adelante para simplificar, será
designado como dispositivo conductor de gas) b. El dispositivo
conductor de aire así dispuesto según la invención ha sido señalado
en la figura 1 por trazos interrumpidos y caracterizado por b.
En el caso del dispositivo conductor de gas que
retorna los gases de escape a, el dispositivo de retorno de gases de
escape está colocado entre un canal de aire fresco 2a conductor de
aire fresco y un canal de gases de escape 5a conductor de gases de
escape y presenta una embocadura 1a que desemboca en un canal de
salida 4a. El canal de salida 4a conduce una corriente de gas que
contiene gas fresco y gases de escape dosificados por el dispositivo
de retorno de gases de escape, a una unidad de motor 100. Durante
el funcionamiento del motor de combustión interna, en la embocadura
1a impera una presión de gas p_{3} y en el canal de gases de
escape 5a, una presión de gas p_{5}.
Los gases de escape restantes, no retornados,
pueden escapar del motor de combustión interna a través de una
turbina de gases de escape 104. La turbina de gases de escape 104 se
une a través de un árbol del turbo 106 con un compresor 102 que
bombea aire fresco desde un canal de aire fresco 2b a través de un
canal de entrada del compresor 4b en un canal de salida del
compresor 108. El canal de aire fresco 2b y el canal de entrada del
compresor 4b están unidos con una embocadura 1b del dispositivo
conductor de aire b. Un órgano de mando del dispositivo conductor de
aire b separa la embocadura 1b con respecto a un canal de aire
fresco 5b. Durante el funcionamiento impera en el canal de presión
de aire fresco 5b una presión de gas p_{3} y en la zona de la
embocadura 1b, una presión de gas p_{2}.
La figura 2 muestra esquemáticamente una sección
transversal de una primera forma de realización del dispositivo
conductor de aire o de gas según la invención.
Durante el funcionamiento se alimenta aire fresco
a través del canal de aire fresco 2b, que será designado también en
lo que sigue por canal de gas fresco 2. El canal de presión de aire
fresco 5 se une a través de una válvula o bien una válvula principal
60, que se compone de un plato de válvula 60A y un asiento o pared
de válvula 60B, con una embocadura 1. La embocadura 1 está unida con
el canal de gas fresco 2 y el canal de entrada del compresor 4 que
continúa con los gases frescos transformados en gas retornado.
En una pared superior 9 del canal de presión de
aire fresco 5 está previsto un espacio de compensación o espacio de
pistón 10 para recibir un pistón de compensación, un pistón de
igualación o bien pistón 80. El pistón 80 es adyacente por su
periferia a una pared o pared lateral 11 y se une a través de un
muelle o muelle en espiral 6 con una parte superior de la pared 11.
El espacio del pistón 10 se une a través de una tubería o tubería de
igualación 12 con la embocadura 1 de manera que las presiones de gas
se igualen rápidamente en el espacio del pistón 10 y la embocadura
1.
El pistón 80 y plato de válvula 60A se unen entre
sí a través de una barra 13. En un lado de la barra 13 opuesto al
pistón 80 se ha dispuesto un dispositivo de regulación en forma de
imán eléctrico o imán proporcional 14, por medio del cual se puede
regular o gobernar la válvula principal 60.
La presión de gas en la embocadura 1 es en las
condiciones de funcionamiento, p_{3} o p_{2}. En el canal de
presión de aire fresco 5 está presente la presión de gas p_{5} o
p_{3}.
Durante la utilización como dispositivo conductor
de aire únicamente se abre la válvula principal 60 para producir una
igualación de presión entre p_{2} y p_{3}. En casos especiales
se puede desear también esto con p_{2}>p_{3}.
La fuerza que actúa en la barra 13 depende mucho
de las caídas de presión p_{5}-p_{3} o
p_{3}-p_{2} a través de la válvula principal 60.
Sin pistón 80 y sin la tubería 12 en la barra 13 actúa la fuerza que
se deriva de la caída de presión y de una superficie en sección
transversal o una sección transversal F_{3} del plato de válvula
60A:
(p_{3}-p_{2}) x
F_{3}
Se produce una compensación de esta fuerza, pro
el pistón 80 que tiene la misma superficie activa o superficie de
ataque F_{3} para la presión de gas que el plato de válvula 60A.
Sobre el pistón 80 actúa por consiguiente una fuerza opuesta al
plato de válvula a la fuerza dirigida contra el plato de válvula 60A
del mismo valor.
Preferentemente el accionamiento de la válvula
principal 60 del dispositivo conductor de gas es producido
esencialmente por el imán eléctrico o imán proporcional 14 a través
de la barra 13, a cuyo fin en el imán proporcional 14 la fuerza es
dependiente únicamente de la corriente solenoidal y no de la
posición de la armadura. Tal disposición tiene la ventaja de que
reacciona rápidamente y puede ajustar de manera muy precisa una
carrera de la válvula o apertura de la válvula 60. Pero es
igualmente posible combinar otros accionamientos de la válvula
principal 60, como por ejemplo mecánicos, neumáticos, hidráulicos y
por motor eléctrico con la compensación de presión descrita.
Otras posibilidades de la compensación de la
fuerza que actúa en la barra 13 consisten en emplear válvulas o bien
válvulas principales que se abren del mismo o casi del mismo modo y
simultáneamente o casi simultáneamente en dirección de la corriente
de gas y contrariamente a ella.
En la figura 3 se ha representado otra forma de
realización de la invención que se basa en tal compensación de
presión. Del modo más simple se puede utilizar con tal fin, como
órgano de dosificación o de mando 61, una válvula de
estrangulamiento 61A que se une a través de una palanca 15 con la
barra 13. Resulta así ventajoso que la compensación de presión
perseguida sea posible con la realización mecánica más sencilla.
Pero tiene la desventaja de que la válvula o válvula principal 61
formada con la válvula de estrangulamiento 61A no es herméticamente
estanca al gas en su estado cerrado.
La figura 4 muestra otra forma de realización de
la invención. En ella se emplea otra posibilidad de compensación de
presión, en la que un plato de válvula 62A de una válvula principal
62 es guiado sobre un arco de círculo en la dirección de flujo del
gas y otro plato de válvula 62A linealmente pero en sentido
contrario a la dirección de flujo del gas. Uno de los platos de
válvula 62A está fijado aquí en una palanca en forma de L 19, que se
une de manera pivotante con la barra 13, estando montada la palanca
19 en su centro, de manera pivotante en un saliente de pared
estacionario 17. El otro plato de válvula 62A está fijado en el
extremo superior de la barra 13. La disposición de la palanca 19 así
como las superficies activas de los platos de válvula 62A para la
presión de gas se seleccionan aquí de tal modo que se compensen las
fuerzas que actúan sobre la barra 13 debido a la caída de presión
entre el canal de presión de aire fresco 5 y la embocadura 1. En vez
de emplear una trayectoria circular y una guía de plato de válvula
lineal, es posible utilizar también dos guías de plato de válvula
lineales o dos guías de trayectoria circular.
La figura 5 muestra otra forma de realización de
la invención, parecida a la de la figura 3, en la que se ha previsto
como válvula principal una válvula de bola, cónica o cilíndrica 63,
para posibilitar la compensación de presión deseada.
La figura 6 muestra otra forma de realización de
la invención que persigue superar las desventajas de la forma de
realización descrita en la figura 2 con el pistón 80. En la forma de
realización descrita en la figura 2 no es posible un funcionamiento
del pistón 80 completamente mecánico y sin fricción y estando la
válvula principal 60 cerrada puede existir todavía una conexión
entre el canal de presión de aire fresco 5 y la embocadura 1, por lo
que puede fluir gas todavía. Se puede impedir esto sustituyendo el
pistón 80 por una membrana 81 que tiene la misma o distinta
superficie activa o sección transversal que el pistón 80. Cuando la
superficie activa F_{81} se diferencia de la membrana 81, siendo
por ejemplo mayor, hay que crear entre la membrana 81 y la barra
13una multiplicación o desmultiplicación. En la forma de realización
de la figura 6 se ha previsto de manera unidireccionalmente
pivotable una transmisión por palanca con un brazo de palanca 21
montado de manera unidireccionalmente pivotable en un saliente de la
pared 8, brazo de palanca que se puede poner en contacto con la
barra 13 bidireccionalmente (alternativa A) o unidireccionalmente
(alternativa B). la fuerza de compensación que se produce debido a
la caída de presión en la membrana 81 se transmite a la barra 13 con
un brazo de compensación que está unido de una parte con la membrana
81 y de manera pivotable de otra parte con el brazo de palanca 21,
conforme a la multiplicación predeterminada. En el engrane
unidireccional según la alternativa B el brazo de palanca 21 puede
arrastrar la barra 13 únicamente en la dirección de apertura de la
válvula principal 60, es decir, se presenta un desacoplamiento
unidireccional de la membrana 81 con respecto a la válvula principal
60. La gran fuerza F_{81} x p_{3} se transmite en disminución
así a la fuerza de compensación anterior del pistón F_{80} x
p_{3}.
Una forma de realización correspondiente con una
transmisión por palanca es también recomendable en formas de
realización con pistón, cuando sus superficies activas se
diferencian de las superficies de la válvula principal. Es
aconsejable una cinemática de palanca especialmente en membranas que
por regla general solamente pueden realizar carreras más
pequeñas.
Las figuras 7 y 8 muestran otras formas de
realización de la invención. En ellas se propone, para lograr
ventajas de espacio constructivo y ahorros de costes o bien para
eliminar posibles causas de daños, una forma de realización que es
suficiente sin la tubería 12 de la forma de realización descrita con
ayuda de la figura 2. En lugar de la pared 60B portadora del asiento
de válvula, se ha propuesto aquí una membrana 82 que separa el canal
de aire fresco 5 de la embocadura 1. Se ha formado aquí en la
membrana 82 un asiento de válvula de un plato 64A de una válvula
principal 64.
En la forma de realización de la figura 7 un
punto de giro 23 para una transmisión por palanca 24 se une
rígidamente a través de una estrella 25 con las tuberías
estacionarias.
En la forma de realización representada en la
figura 8, las tres palancas 27 montadas de manera giratoria son
accionadas mediante barras 28 que por razones de la resistencia del
gas se encuentran en la embocadura 1 convenientemente en la
dirección de la corriente desde el canal de gas fresco 2 al canal de
entrada del compresor 4 delante y detrás de la barra 13. El
mecanismo de palanca 27, debido al peligro de ensuciamiento y de
corrosión así como por razones de la temperatura, en un empleo como
dispositivo de retorno de gases de escape se aleja de la zona que es
barrida por los gases de escape. La fuerza de compensación
multiplicada se transmite nuevamente a través de la barra 13 al
plato de válvula de la válvula principal 64 y conduce a una
igualación de la componente de fuerza a compensar.
La figura 9 muestra otra forma de realización de
la invención. Aquí se ha previsto en el canal de presión de aire
fresco 5 un fuelle 84 que está fijado en su primer lado a un plato
de válvula 65A de una válvula principal 65 y en su otro lado,
opuesto en dirección longitudinal, a la pared superior 9, del canal
de presión de aire fresco 5. El plato de válvula 65A presenta una
abertura de paso 30 que une la embocadura 1 con el espacio interior
del fuelle 84 de manera permeable al gas, por lo que se puede
producir una igualación de presión entre la embocadura 1 y el
espacio interior del fuelle 84. Si aumenta la caída de presión
p_{3}-p_{2}, el fuelle 84 se contrae en su
dirección longitudinal, por lo que se ejerce una fuerza en dirección
de apertura de la válvula principal 65 sobre el plato de válvula
65A. Se puede realizar el fuelle 84 de manera que esta fuerza se
encargue de la función de compensación de presión.
Tal forma de realización puede resultar ventajosa
cuando se dispone de membranas con suficiente carrera de membrana
(fuelles). De este modo se puede producir, por ejemplo, una baja
fricción, así como una supresión de la histéresis; además, el fuelle
84 puede actuar de manera simultánea ventajosamente como muelle de
cierre de la válvula principal 65.
Una forma de realización que tenga esta base
puede realizarse también con un pistón 85 en vez de un fuelle, como
se ha representado en la figura 10. Un cuerpo de válvula hueco 66A
de una válvula principal 66 une de manera permeable al gas la
embocadura 1 con el espacio de compensación 10 que recibe al pistón
85, por lo que es posible la compensación de la fuerza ligada a la
caída de presión p_{3}-p_{2}. No obstante, en
esta forma de realización vuelven a aparecer las desventajas
específicas del pistón de la fricción y estanqueidad
incompleta.
Puede ser por consiguiente ventajosa una forma de
realización según la figura 11 en la que se realiza la estanqueidad
hermética entre el canal de presión de aire fresco 5 y la embocadura
1 no a través de un anillo de estanqueidad 31 en el pistón 85 como
en la figura 10, sino mediante una válvula interior 32 dentro de la
válvula principal 67. La válvula interior 32 se abre con un avance
de la barra 13, que es producido por el dispositivo de regulación,
especialmente por un imán eléctrico o imán proporcional 14. Siempre
que esté cerrada la válvula interior 32, la caída de presión
p_{5}-p_{3} o p_{3}-p_{2}
mantiene cerrada la válvula interior 32 y por tanto la válvula
principal 67. Si se abre la válvula interior 32 por el avance,
debido a una posición de la mariposa entre la periferia exterior del
pistón 86 y la pared 11, cuya sección transversal debe ser pequeña
en comparación con la abertura de paso 30 prevista en el cuerpo de
válvula 67A, a través del pistón 86 se produce en el espacio de
compensación 10 la presión p_{3} o p_{2}, por lo que se obtiene
la igualación de presión. La igualación de presión es influenciable
por la elección de la relación de diámetro de la superficie activa
del pistón 86 a la del plato de válvula 67A y por las relaciones de
las secciones de apertura de la posición de la mariposa y de la
válvula interior 32.
La figura 12 muestra otra realización del
dispositivo conductor de gas con compensación de presión, parecida a
la forma de realización representada en la figura 11, con la
diferencia de que aquí la válvula principal 68 con plato de válvula
68A junto con una válvula interior 32 no es arrastrada
exclusivamente por el muelle 6, sino también forzosamente por la
barra 13, en la dirección de cierre.
La figura 13 muestra una forma de realización
especialmente preferida del dispositivo de retorno del gas con
compensación de presión que incluye una válvula interior 34 que se
abre durante el avance de la barra 13. La válvula interior 34
presenta aquí un plato de válvula cónico o preferentemente
semiesférico. Una clavija 35 fijada en la zona superior de la barra
16 tiene como objetivo elevar una válvula principal 69 después del
avance para abrir la válvula interior 34. En vez de tal
accionamiento de la válvula interior a través del dispositivo
de regulación 14 se puede realizar opcionalmente también un
dispositivo de válvula interior propio, previsto para el
accionamiento de la válvula interior, que posibilita el
accionamiento independiente de la válvula principal y válvula
interior (no representado).
Para garantizar un asiento de deslizamiento
seguro hay que sincronizar entre sí las superficies del pistón 89 y
un manguito de guiado 37 (por ejemplo, acero/metal para cojinetes,
etc.).
Opcionalmente se puede prever un manguito de
protección o bien el manguito 36, que protege de la suciedad el
asiento de deslizamiento del pistón 89 en el manguito de guiado 37.
Se ha formado una tapa 38, o es dotada de una pieza de relleno
separada, de tal modo que se haga lo más pequeño posible un espacio
encima de la válvula principal 69, que representa un espacio de
compensación de la válvula interior 10', con el fin de que se pueda
lograr en cada caso la presión deseada (p_{3} en el estado cerrado
y p_{2}, en el estado abierto) y así pueda penetrar la menor
cantidad posible de gas en este espacio de compensación de válvula
interior 10'. La presión de gas en el espacio de compensación de
válvula interior es designada por p_{10'}. En caso de resultar
ventajoso para la sincronización y/o contra el ensuciamiento, se
puede utilizar un anillo de estanqueidad 50 que produce una
obturación al gas parcial de un intervalo de apertura entre el
pistón 89 y el manguito de guiado 37. Para facilitar el enfilado del
pistón 89 en el manguito de guiado 37, este último ha recibido en su
extremo inferior un biselado en su diámetro interior.
El guiado superior de la barra 13 es también
posible, además de mediante la estrella de pared 40 (figuras 2, 3,
etc.) o dispositivos parecidos, también por la clavija 35, una
membrana o un fuelle.
Según la sincronización de las relaciones de
diámetro de los pistones, membranas o fuelles 80-89
a las respectivas válvulas principales 60-69 en el
retorno de gases de escape y presiones p_{3}>p_{5}, que
pueden presentarse, por ejemplo, con una caída de barrido positiva
mediante un turbocompresor o con una carga mecánica de un motor, las
válvulas 60, 64, 65, 66, 67, 68, 69 se abren, lo que daría lugar a
pérdidas de aire de sobrealimentación. Una posibilidad de
contrarrestar esto último consiste en un cambio de polaridad del
imán empleando un imán permanente como armadura o una medida
correspondiente, en caso de estar previsto como dispositivo de
regulación un accionamiento por motor eléctrico, neumático,
hidráulico o mecánico de las válvulas interiores.
En las formas de realización mostradas en las
figuras 11 a 13 otra posibilidad consiste en abrir sencillamente en
tales puntos de funcionamiento, mediante el imán o el
correspondiente dispositivo de regulación, la válvula interior 32 ó
34. La presión p_{3} superior a la presión p_{5} se situaría
entonces por debajo de la válvula principal 67 a 69 en la embocadura
1 y por encima del pistón 86 u 89; con el fin de poder cerrar la
válvula principal 67 a 69 mediante un muelle, por ejemplo. La poco
importante pérdida de aire de sobrealimentación es absorbible a
través de una posición de la mariposa entre el manguito de guiado 11
ó 37 y el pistón 86 u 89.
Las figuras 14 y 15 muestran formas de
realización especialmente preferidas de la invención que se
diferencian en rasgos constructivos esenciales de las formas de
realización mostradas en las figuras 2 a 13. Aquellos rasgos
constructivos que corresponden o son parecidos a las formas de
realización precedentes, han sido provistos de las mismas
referencias y no se ha efectuado en este caso una nueva
descripción.
Como la válvula es recorrida por el gas con una
temperatura que no puede poner en peligro el imán 14, se puede
disponer éste en el lado de afluencia de la válvula, lo que aporta
importantes ventajas en lo que respecta al espacio constructivo,
peso y coste de la válvula. Además, por lo menos un lado del asiento
de la válvula 34 y 69 puede ser fabricado en un elastómero.
Preferentemente puede ser un solo componente 90 para ambas
válvulas.
En esta forma de realización resulta
especialmente ventajoso el empleo, en vez de un imán de presión, un
imán de tracción.
Como el objetivo de esta forma de realización de
la válvula no es dosificar un gas, sino que se trata aquí de hacer
disponible una gran sección de descarga con el menor retardo
posible, o bien para cerrarla nuevamente con el menor retardo
posible, no se necesita un costoso imán proporcional. En el estado
cerrado de la válvula, el imán solamente debe hacer disponible la
fuerza necesaria para actuar contra las acciones de las masas,
contra la presión del gas, contra un muelle interior 99 así como
contra un efecto de agarre posible del elastómero para abrir
primeramente la válvula interior 34 y después contra las masas ahora
mayores, el muelle interior 99, el muelle exterior 6 así como el
efecto de agarre posible del elastómero, la válvula principal 69.
Después de superar el efecto de agarre, la fuerza magnética debe
retroceder.
Aunque esta forma de realización de la válvula
sólo conoce esencialmente las posiciones "ON" y "OFF", se
han mostrado todas las medidas constructivas que posibilitan grandes
secciones transversales tanto para la válvula interior como para la
exterior. Así, en la figura 15, la válvula 34 ya no está limitada ya
en su sección transversal por la barra pasante. Otra ventaja de la
figura 15 son las masas más pequeñas de las partes móviles y la
definición más precisa del avance máximo para la apertura de la
válvula 34, en la que este avance ya no está limitado por un
contacto entre, por ejemplo, metal y elastómero.
Como el muelle interior 99 de la figura 15 puede
cerrar por apriete tanto la válvula interior 34 como la válvula
exterior 69, en caso de que el muelle 99 esté adecuadamente
dimensionado, se puede prescindir también del muelle exterior 6.
En el estado cerrado, la presión p_{3}, que es
por regla general superior, se sitúa por encima de la posición de la
mariposa 98 sobre el pistón 89 y por tanto también sobre las
válvulas 34 y 69 y se ocupa por tanto de su estanqueidad
hermética.
Si se produce ahora la orden de purga, el imán
14, en la forma de realización preferida de la figura 5, sólo debe
superar el muelle 99, el efecto de agarre del elastómero, la fuerza
de gas resultante de la diferencia de presión
(P_{3}-P_{2}) x superficie activa de la válvula
interior 34 y la acciones de las masas. Para mantener pequeño el
imán se recomienda aquí por consiguiente hacer pequeña la sección
transversal de la válvula 34.
Después de abrir la válvula 34, debido a la
sección transversal de la válvula 34 que es en cada caso grande
comparada con la sección transversal de la posición de la mariposa
98, se produce una igualación de presión entre el espacio situado
encima del pistón 89 y la tubería 1, por lo que en ambos espacios
impera la presión P_{2}. De esta forma, la válvula principal 69
puede ser abierta por el imán 14 contra el muelle 99, el efecto de
agarre en el asiento de válvula de la válvula 69 y las grandes
acciones de las masas de la válvula principal. Ya no hay que superar
fuerzas resultantes de diferencias de presión. Si se recibe la orden
de cierre, por tanto en caso de que P_{3} se agrande con respecto
a P_{2} por las cargas, se suprime la corriente del imán 14 o se
cambia su polaridad. En caso de supresión de la corriente, el muelle
99 tiene que comprimir primeramente la válvula 34 y de esta forma
también la válvula 69. Esto se produce contra el magnetismo residual
y contra la acción de las masas.
En el cambio de polaridad el imán 14 podría
ayudar al muelle 99. Con propiedades magnéticas correspondientes de
la armadura del imán 14 se podría reforzar más tal acción.
Siempre que sea más pequeña la sección
transversal especialmente de la válvula 69, y que se comience a
formar la presión P_{3} también sobre el pistón 89, la diferencia
de presión (P_{3}-P_{2}) x sección de pistón
activa ayuda naturalmente al muelle 99 en el trabajo de cierre y
establece la fuerza de enclavamiento máxima correspondiente a la
sección transversal de la válvula.
Por razones acústicas primarias se puede indicar
esto, para procurar un comienzo de apertura inicialmente lento de la
sección de válvula 69, que puede transformarse después en una
apertura global rápida. Se puede conseguir esto mediante un mando de
la corriente del imán 14. Pero también se puede producir o reforzar
por la configuración apropiada de la relación de diámetro de la
válvula 34 a la válvula 69. En ambos casos se recomienda una mayor
sección de válvula, o especialmente gran sección, de la válvula 34,
un objetivo que está en contraposición con una utilización de un
imán 14 lo más pequeño posible.
Los fines acústicos pueden alcanzarse también
especialmente por una configuración apropiada de la sección de
válvula de la válvula 69 en la zona de elevación de la fase de
apertura, por ejemplo, por una conformación aerodinámica apropiada o
dotando a la válvula de una valona de mariposa apropiada 97.
| 1 | Embocadura |
| 2 | Canal de gas fresco o de aire fresco |
| 3 | Potenciómetro |
| 4 | Canal de salida del compresor (4b) |
| 5 | Canal de presión de aire fresco (5b) |
| 6 | Muelle |
| 6' | Muelle |
| 8 | Pared |
| 8' | Pared |
| 9 | Pared |
| 10 | Espacio de compensación |
| 11 | Pared superior |
| 12 | Tubería de compensación |
| 13 | Barra |
| 14 | Imán o imán proporcional |
| 15 | Palanca |
| 17 | Saliente de pared |
| 19 | Palanca |
| 21 | Brazo de palanca |
| 23 | Punto de giro |
| 24 | Transmisión por palanca |
| 25 | Estrella |
| 27 | Palanca |
| 28 | Barras |
| 30 | Abertura de paso |
| 31 | Anillo de estanqueidad |
| 32 | Válvula interior |
| 33 | Válvula interior |
| 34 | Válvula interior |
| 35 | Clavija |
| 36 | Manguito de protección |
| 37 | Manguito de guiado |
| 38 | Tapa |
| 40 | Estrella de guiado |
| 50 | Anillo de estanqueidad |
| 60 | Válvula principal |
| 60A | Placa de válvula |
| 60B | Asiento o pared de válvula |
| 61 | Válvula principal |
| 61A | Válvula de estrangulamiento |
| 62-69 | Válvula principal |
| 62A-69A | Placas de válvula |
| 80 | Pistón |
| 81-82 | Membrana |
| 84 | Fuelle |
| 85-86 | Pistón |
| 89 | Pistón |
| 90 | Junta válvula elástica |
| 97 | Valona de mariposa |
| 98 | Posición de la mariposa |
| 99 | Muelle interior |
Claims (10)
1. Dispositivo conductor de aire para motores de
combustión interna con dispositivo de sobrealimentación de aire,
especialmente en motores de vehículos automóviles, que
comprende:
- -
- un canal de presión de aire fresco (5b) que desemboca en un canal de salida de compresor (108) de un compresor (102) del dispositivo de sobrealimentación de aire,
- -
- un canal de aire fresco (2b) que alimenta aire fresco,
- -
- un canal de salida del compresor (4b) y una embocadura (1b) que desemboca en el canal de aire fresco (2b) y en el canal de entrada del compresor (4b),
en el que al menos el canal de presión de aire
fresco (5b) y la embocadura (1b) están conectados entre sí por medio
de un órgano de mando (60-69) para dosificar el
aire, caracterizado porque está previsto un dispositivo de
compensación (61; 61A; 62; 62A; 63; 80; 81; 82; 84; 85; 86; 89) con
el fin de compensar las fuerzas que actúan sobre el órgano de mando
(60-69) debido a una diferencia de presión
(p_{3}-p_{2}) entre el lado del gas a presión
(p_{3}) y el lado de gas fresco (p_{2}), de tal modo que la
diferencia de presión no conduzca a una componente de fuerza que
actúe en dirección de una apertura o cierre del órgano de
mando.
2. Dispositivo conductor de aire según la
reivindicación 1, en el que se somete un lado del dispositivo de
compensación (80-89) a la acción de la presión del
gas (p_{3}) en el lado de gas a presión, y en el otro lado, a la
presión de gas (p_{2}) del lado de gas fresco.
3. Dispositivo conductor de aire según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el dispositivo de compensación (61;
61A; 62; 62A; 63) puede estar realizado ventajosamente como una
válvula de estrangulamiento, una válvula doble, de bola, cónica, o
cilíndrica en el órgano de mando (60-69).
4. Dispositivo conductor de aire según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el órgano de mando (60, 69)
comprende un vástago de válvula (13) y un plato de válvula (60A;
62A-69A) fijado al mismo con una superficie efectiva
de presión de gas (F_{3}), de manera que actúe sobre el plato de
válvula una fuerza de plato de válvula que es igual al producto de
la superficie efectiva de presión del gas (F_{3}) y de la
diferencia de presión (p_{3}-p_{2}); y el
dispositivo de compensación comprende al menos un pistón (80; 85;
86; 89), una membrana (81) y/o un fuelle (84) que se fija en el
vástago de válvula y sobre cuya superficie de gas efectiva (F_{3};
F_{80}) actúa la diferencia de presión
(p_{3}-p_{2}), por lo que se ejerce en el
vástago de válvula (13) una fuerza de compensación que compensa la
fuerza del plato de la válvula.
5. Dispositivo conductor de aire según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que el órgano de mando (60, 69)
es accionable por un dispositivo regulador mecánico, neumático,
hidráulico, magnético o eléctrico (14), especialmente un electroimán
de elevación eléctrico (14).
6. Dispositivo conductor de aire según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo de
compensación comprende una válvula interior (32; 34) que está
realizada en el órgano de mando.
7. Dispositivo conductor de aire según la
reivindicación 6, en el que una presión de gas (p_{10'}) es
gobernable en un espacio de compensación de la válvula interior
(10') a través de la válvula interior (34) en conexión con un
intervalo de apertura entre un pistón (89) del dispositivo de
compensación (89) y un manguito de guiado (37) del pistón (89) y la
válvula interior (34) es accionable por un dispositivo de regulación
(14) y/o un dispositivo regulador de válvula interior.
8. Dispositivo conductor de aire según una de las
reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo de
compensación (81; 82; 83) actúa a través de una transmisión
cinemática, en especial una transmisión por palanca (21; 24), sobre
el órgano de mando (60; 64), para compensar una diferencia entre
superficies activas para la presión de gas por un lado del órgano de
mando (60; 64), y por otro del dispositivo de compensación (81; 82;
83).
9. Dispositivo conductor de aire según una o
varias de las reivindicaciones precedentes, en el que el órgano de
mando (60; 64; 65) es pretensado por una acción de resorte de una
membrana (81, 83) o de un fuelle (84) en dirección de cierre,
pudiendo preverse en especial, adicionalmente un muelle (6, 6') para
soportar el pretensado.
10. Dispositivo conductor de aire según una o
varias de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo
de compensación (80, 82; 84-86; 89) y el órgano de
mando (60, 69) se unen entre sí de manera activa y son gobernables a
través del dispositivo de regulación (14).
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