ES2233217A1 - Valvula by-pass. - Google Patents
Valvula by-pass.Info
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Abstract
Válvula by-pass para regular el paso de un gas hacia dos zonas (3, 5; 73, 75) de un dispositivo (1, 71), que comprende un cuerpo (9), acoplado a dicho dispositivo (1, 71), con una cámara interior (11) donde se recibe el gas de entrada a través de un conducto de entrada (13) y dos conductos de salida (15, 17; 85, 87) dirigidos hacia dichas zonas (3, 5; 73, 75) y que tiene una cara plana (21) con un orificio (23) de acceso a su cámara interior (11) por el que se inserta una placa plana (33) en la que van montados el elemento de obturación (35) y sus medios de accionamiento (39, 41, 43) quedando el elemento de obturación (35) debidamente posicionado para obturar los conductos de salida (15, 17; 85, 87).
Description
Válvula by-pass.
La presente invención se refiere a una válvula
by-pass y más particularmente a una válvula
by-pass para un intercambiador de calor para un
sistema de recirculación de gases de escape (EGR) de un motor de
combustión interna.
En la técnica actual se conocen diversos sistemas
de recirculación de gases de escapes en motores de combustión
interna a los que se llama sistemas EGR.
Estos sistemas recirculan gases de escape desde
el colector de escape hacia el colector de admisión del motor tras
someterlos a un proceso de enfriamiento, con el fin de reducir la
cantidad de emisiones de NOx.
Como en ciertas condiciones de funcionamiento del
motor no resulta conveniente el enfriamiento de los gases de
escape, se ha propuesto en la técnica utilizar conductos de
derivación que permitan la recirculación de gases de escape sin
pasar por el intercambiador de calor, bajo el gobierno de una
válvula que canaliza los gases de escape bien hacia el
intercambiador de calor, bien hacia el mencionado conducto de
derivación, según unas condiciones preestablecidas.
Se conocen diversas propuestas de válvulas de
entrada para intercambiadores de calor con conductos de derivación
como las descritas en la patente EP 0971 427 B1 y en las
solicitudes de patente WO 03/085252 A2, WO 03/062625 Al, EP 1 291
509 A2 y EP 1 355 058 A2 que presentan diversos inconvenientes a
cuya solución está orientada la presente invención.
La presente invención propone una válvula
by-pass para regular el paso de un gas hacia un
dispositivo con dos zonas de paso de gas, tal como un
intercambiador de calor de un sistema EGR con un conducto de
derivación integrado en el que el gas de entrada debe pasar o bien
por el módulo refrigerante o bien por el conducto de derivación o
tal como un intercambiador de calor de un sistema EGR de doble paso
en el que el gas entrada debe pasar o bien por el módulo
refrigerante o bien por el conducto de evacuación hacia el colector
de admisión del motor.
El cuerpo de la válvula, que se acopla al
dispositivo, tiene una cámara interior donde se recibe el gas de
entrada a través de un conducto de entrada y dos conductos de
salida dirigidos hacia las dos zonas de paso de gas y una cara
plana con un orificio de acceso a su cámara interior.
Los elementos móviles de la válvula, es decir, el
elemento de obturación de los conductos de salida montado sobre un
eje giratorio y sus correspondientes medios de accionamiento se
montan sobre una placa plana de manera que puedan "insertarse"
como un conjunto en el cuerpo de la válvula fijándose la placa
plana a la cara plana del cuerpo de la válvula mediante, por
ejemplo, tornillos.
Una primera característica de la válvula objeto
de la presente invención es que permite la posibilidad de
fabricación independiente del cuerpo de la válvula y del conjunto
de sus elementos móviles.
Esta independencia permite una estandarización
del conjunto de elementos móviles de la válvula, al margen del
dispositivo al que se destine, en el que únicamente hay que tener
en cuenta que el cuerpo de la válvula debe estar configurado de
manera que permita la "inserción" de la placa con el conjunto
de elementos móviles.
Una segunda característica de la válvula objeto
de la presente invención es que permite su uso en distintos tipos
intercambiadores de calor de sistemas EGR y en particular en
intercambiadores con módulos refrigerantes de un solo paso de gas o
de doble paso de gas.
Una tercera característica de la válvula objeto
de la presente invención es que permite reducir el ángulo de giro
entre la posición de cierre de cada conducto de salida.
Una cuarta característica de la válvula objeto de
la presente invención es que no requiere de casting ni de
complicadas piezas mecanizadas, lo que permite un proceso de
fabricación simple con reducido número de componentes.
Una quinta característica de la válvula objeto de
la presente invención es que no solo resulta aplicable a
intercambiadores de calor en sistemas EGR sino que puede ser
utilizada en otros dispositivos de conducción de gas y en
particular en dispositivos de recuperación de calor de los gases de
escape de un motor.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa, y en ningún sentido limitativa, de su
objeto en relación con los dibujos que se acompañan.
Las Figuras 1, 2 y 3 son vistas en perspectiva,
desde diferentes posiciones, de un intercambiador de calor de un
sistema EGR con conducto de derivación integrado, con una válvula
by-pass según la presente invención.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor de un sistema EGR con conducto de
derivación integrado, con el cuerpo de una válvula
by-pass mostrando el orificio por el que se inserta
el conjunto de partes móviles de la válvula.
La Figura 5 muestra diferentes vistas en
perspectiva del conjunto de partes móviles de la válvula que se
inserta y fija al cuerpo de la válvula.
La Figura 6 es una vista en sección transversal
de un intercambiador de calor de un sistema EGR con conducto de
derivación integrado. con una válvula by-pass según
la presente invención.
La Figura 7 es una vista en perspectiva del
interior de una válvula by-pass según la presente
invención.
Las Figuras 8 y 9 son vistas en perspectiva desde
diferentes posiciones de un intercambiador de calor de un sistema
EGR de doble paso con una válvula by-pass según la
presente invención.
Las Figuras 10 y 11 son vistas en sección
transversal de un intercambiador de calor de un sistema EGR de
doble paso, con una válvula by-pass según la
presente invención.
En la realización de la invención que
describiremos en primer lugar en referencia a las Figuras
1-7, la válvula 7 según la invención se acopla a un
intercambiador de calor 1 para gases de escape de un sistema EGR que
alberga en su interior un módulo de refrigeración 3, constituido
por un conjunto de tubos interconectados por el que circulan los
gases que se desea refrigerar, y un conducto de derivación 5 por
que circulan los gases de escape que no se desea refrigerar.
La válvula 7 comprende, por un lado, un cuerpo 9
con una cámara interior 11 donde se recibe el gas de entrada a
través de un conducto de entrada 13 y dos conductos de salida 15,
17 dirigidos hacia el módulo de refrigeración 3 y el conducto de
derivación 5 del intercambiador de calor. El cuerpo 9 tiene una
cara plana 21 con un orificio 23 de acceso a su cámara interior
11.
Por otro lado, la válvula comprende el conjunto
31 que incluye los elementos móviles de la válvula montados sobre
una placa plana 33: el elemento de obturación 35 de los conductos
de salida 15, 17 montado sobre el eje 37, el dispositivo
biela-manivela 39, 41 para hacer girar el eje 37 y
el actuador 43, que puede ser neumático o eléctrico.
El conjunto 31 se fija al cuerpo 9 mediante los
tornillos 51 quedando el elemento de obturación 35 debidamente
posicionado para obturar los conductos de salida 15, 17.
En esta realización, el cuerpo 9 de la válvula
puede fabricarse como una parte del intercambiador 1, en acero
inoxidable.
En segundo lugar describiremos una realización de
la invención en referencia a las Figuras 8-11 en la
que la válvula 7 según la invención se acopla a un intercambiador
de calor 71 para gases de escape de un sistema EGR de doble paso
para dirigir el gas de entrada que se desea refrigerar o bien hacia
el módulo de refrigeración 73 o bien directamente hacia el conducto
de evacuación 75 hacia el colector de admisión del motor, si no se
quiere refrigerar.
En el primer caso, el gas sigue el recorrido
indicado por las fechas f1 en la Figura 10 y en el segundo el
recorrido indicado por las flechas f2 en la Figura 11.
La válvula 7 comprende, por un lado, un cuerpo 9
con una cámara interior 11 donde se recibe el gas de entrada a
través de un conducto de entrada 13 y dos conductos de salida 85,
87 dirigidos, respectivamente hacia el módulo de refrigeración 73 y
el conducto de evacuación 75 hacia el colector de admisión. El
cuerpo 9 tiene una cara plana 21 con un orificio 23 de acceso a su
cámara interior 11.
Por otro lado, el conjunto 31 de elementos
móviles de la válvula es similar al de la realización descrita
anteriormente y se fija al cuerpo 9 mediante los tornillos 51
quedando el elemento de obturación 35 debidamente posicionado para
obturar los conductos de salida 85, 87.
En esta realización, el cuerpo 9 de la válvula
puede fabricarse sobre una pieza de fundición de aluminio
independiente del intercambiador 71 y ambas piezas se acoplan
utilizando la brida intermedia 91.
En la variante preferida de las dos realizaciones
que hemos descrito, que es la mostrada en las figuras, el elemento
de obturación 35 está formado por una doble paleta, formada por dos
paletas 55, 57 configuradas a modo de prisma triangular con el eje
de giro 37 en su base.
Pueden utilizarse para ello varios procesos de
fabricación: soldadura de las paletas 55, 57 por uno de sus lados,
al eje de giro 37 de manera que queden unidas por el otro;
fabricación de una sola placa metálica conformada en forma de V
cuyos extremos se unen al eje 37; fabricación del conjunto eje 37,
paletas 55, 57 como una pieza unitaria; fabricación de una pieza de
fundición con un mecanizado para conseguir un elemento único de eje
37 y paletas 55, 57.
El tamaño de las paletas 55, 57 de la doble
paleta que se fija al eje de giro 37 (o el de una paleta simple que
se utilizara como elemento de obturación 35 en una realización
alternativa) se puede dimensionar lo suficientemente pequeño y con
un centro de presiones muy cercano al eje de giro 37 (haciendo la
paleta más alta que ancha) para que tenga un buen comportamiento a
los pulsos de presión que ocurren en el motor. Estos pulsos de
presión introducen en el eje de giro 37 unos pares que tienden a
abrir el elemento de obturación durante el funcionamiento del
motor. Con la configuración mencionada se puede evitar esta
apertura utilizando un actuador 43 de menores dimensiones al que
sería necesario para aquellas válvulas en las que área del elemento
de obturación 35 sea mayor o el centro de presiones esté más
distante del eje de giro 37.
El cuerpo 9 de la válvula esta configurado para
que el inicio de los conductos de salida 15, 17; 85, 87 esté
configurado mediante unas zonas planas 61, 63; 95, 97 que hagan de
tope mecánico del elemento de obturación 35 ofreciendo un perfecto
control de su recorrido y garantizando un perfecto sellado que
evite fugas de gas a través del conducto que se quiere cerrar en
cada caso.
Lógicamente el elemento de obturación 35 debe
tener un tamaño mayor al del orificio de los conductos de salida
15, 17; 85, 87 para que esos orificios queden cerrados cuando el
elemento de obturación 35 entra en contacto con las zonas planas
61, 63; 95, 97.
El elevado grado de estanqueidad entre los dos
circuitos a los que da acceso la válvula y el buen comportamiento a
los pulsos de presión del motor con un apropiado dimensionamiento
del elemento de obturación 35 posibilita el empleo de actuadores
neumáticos de menores dimensiones a los que serán necesarios en
otro tipo de válvulas by-pass que o bien no tienen
elementos de obturación pequeños para soportar los pulsos de
presión del motor o bien no tienen un elevado grado de estanqueidad
entre el circuito que conduce el gas al módulo de refrigeración y
el circuito que conduce el gas al conducto de derivación.
La válvula según la invención permite reducir el
ángulo de giro delimitado entre las zonas planas 61, 63; 95, 97 que
el elemento de obturación 35 debe recorrer para pasar de la
posición de trabajo en la que el gas circula hacia el módulo de
refrigeración 3, 73, a la posición de trabajo en la que el gas
circula hacia el conducto 5, 75, lo que tiene la ventaja de que las
pérdidas de par del sistema biela-manivela son muy
pequeñas por lo que se puede llegar a válvulas con ángulos de menos
de 45°.
La válvula objeto de la presente invención
permite también un control proporcional del paso del gas hacia el
módulo de refrigeración 3, 73 o hacia el conducto 5, 75 si se la
dota de un actuador que permita situar al elemento de obturación 35
en cualquier situación intermedia entre las zonas planas 61, 63;
95, 97 de cierre de los conductos de salida 15, 17; 85, 87.
La doble paleta 55, 57 utilizada como elemento de
obturación 35 en las realizaciones descritas tiene varias
ventajas:
- Favorece el flujo del gas desde el conducto de
entrada 13 hacia cualquiera de los dos conductos de salida 15, 17;
85, 87, mejorando de este modo el nivel de caídas de presión que
introduce la válvula en el sistema.
- Contribuye a evitar la acumulación de residuos
de gas de escape en las proximidades del eje de giro 37 ya que, por
la forma que tiene, elimina el espacio donde pueden depositarse los
restos de gases de escape, en virtud de las condiciones de flujo
existentes dentro de la válvula.
- Contribuye a reducir el ángulo de giro de la
paleta 35.
- Sirve de aislante térmico especialmente en la
realización con el intercambiador de calor de doble paso.
- La corriente de gas favorece al cierre de la
paleta 35 sobre las zonas planas 61, 95 ó 63, 97 que proceden en
cada caso.
Respecto a las realizaciones descritas de la
invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (6)
1. Válvula by-pass para regular
el paso de un gas hacia dos zonas (3, 5; 73, 75) de un dispositivo
(1, 71), que comprende un cuerpo (9), acoplado a dicho dispositivo
(1, 71), con una cámara interior (11) donde se recibe el gas de
entrada a través de un conducto de entrada (13) y dos conductos de
salida (15, 17; 85, 87) dirigidos hacia dichas zonas (3, 5; 73,
75), un elemento de obturación (35) de dichos conductos de salida
(15, 17; 85, 87) montado sobre un eje giratorio (37) y unos medios
de accionamiento (39, 41, 43) de dicho elemento de obturación (35),
caracterizada porque:
a) el cuerpo (9) tiene una cara plana (21) con un
orificio (23) de acceso a su cámara interior (11); y
b) el mencionado eje giratorio (37) con el
elemento de obturación (35) y sus medios de accionamiento (39, 41,
43) se montan sobre una placa plana (33) que se fija a la
mencionada cara plana (21) del cuerpo (9), quedando el elemento de
obturación (35) debidamente posicionado para obturar los conductos
de salida (15, 17; 85, 87) al entrar en contacto con unas zonas
planas (61, 63; 95, 97) configuradas en sus comienzos.
2. Válvula by-pass según la
reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo (9) está
configurado de manera que los conductos de salida (15, 17; 85, 87)
pueden ser obturados por el elemento de obturación (35) actuando en
un ángulo de trabajo menor de 45°.
3. Válvula by-pass según la
reivindicación 1, caracterizada porque el elemento de
obturación (35) comprende dos paletas (55, 57), con forma de prisma
triangular, fijadas, por uno de sus lados, al eje de giro (37) y
unidas entre ellas por el lado opuesto.
4. Válvula by-pass según la
reivindicación 1, caracterizada porque los medios de
accionamiento (39, 41, 43) del elemento de obturación (35) incluyen
medios específicos que permiten situarlo en cualquier posición
intermedia entre los conductos de salida (15, 17; 85, 87)
posibilitando un control proporcional del gas dirigido hacia cada
uno de ellos.
5. Válvula by-pass según
cualquiera de las reivindicaciones 1-4 anteriores,
caracterizada porque el dispositivo (1) al que está acoplada
es un intercambiador de calor de un sistema EGR con un conducto de
derivación integrado en el que las dos zonas (3, 5) son el módulo
refrigerante (3) y el conducto de derivación (5)
6. Válvula by-pass según
cualquiera de las reivindicaciones 1-4 anteriores,
caracterizada porque el dispositivo (71) al que está acoplada
es un intercambiador de calor de un sistema EGR de doble paso en el
que las dos zonas (73, 75) son el módulo refrigerante (73) y el
conducto de evacuación (75) hacia el colector de admisión del
motor.
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