ES2264049T3 - Valvula de tubo de escape. - Google Patents
Valvula de tubo de escape.Info
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Abstract
Válvula de tubo de escape que comprende una caja (12), un casquillo de cojinete (22) montado en la caja, un vástago de válvula (16) montado giratoriamente en el casquillo de cojinete, un plato de válvula (14) montado sobre el vástago de válvula, una arandela (30) dispuesta en el vástago de válvula y un resorte (32), caracterizada porque el casquillo de cojinete (22) tiene una superficie de apoyo primaria (24) en su lado orientado hacia el plato de válvula, porque el vástago de válvula (16) tiene una superficie de estanqueidad primaria (20) que coopera con la superficie de apoyo primaria del casquillo de cojinete, porque la arandela coopera con el casquillo de cojinete en su lado orientado en dirección opuesta al plato de válvula, y porque el resorte (32) empuja la superficie de estanqueidad primaria (20) del vástago de válvula contra la superficie de apoyo primaria (24) del casquillo de cojinete (22) mientras que la arandela (30) es empujada contra el casquillo de cojinete (22).
Description
Válvula de tubo de escape.
La presente invención se refiere a una válvula
de tubo de escape que comprende una caja, un casquillo de cojinete
montado en la caja, un vástago de válvula montado giratoriamente en
el casquillo de cojinete, un plato de válvula montado sobre el
vástago de válvula, una arandela dispuesta en el vástago de válvula
y un resorte.
Tal válvula de tubo de escape se puede usar en
una pluralidad de aplicaciones, por ejemplo en emisiones, en el
funcionamiento de motores, para el tratamiento acústico y térmico. A
continuación, se describe la válvula que se utiliza para controlar
el flujo de gas de escape a través de un cambiador de calor de gases
de escape como se usa para un sistema calefactor.
En vehículos que tienen motores de combustión
modernos con un bajo consumo de combustible, cada vez se usa más un
sistema calefactor auxiliar. Estos motores de combustión, debido a
su alto rendimiento, producen sólo una pequeña cantidad de calor
perdido que puede utilizar el sistema calefactor del vehículo. Esto
hace que el sistema térmico reduzca su función, lo que resulta
incómodo para los ocupantes del vehículo. En consecuencia, se han
creado sistemas que usan un cambiador de calor dispuesto en el
sistema de escape del vehículo. El cambiador de calor permite
obtener una cantidad determinada de calor del gas de escape, que se
puede utilizar para calentar el interior del vehículo.
Tales sistemas tienen normalmente un conducto de
gas de escape en el que está dispuesto el cambiador de calor y un
conducto de derivación. Si se controla la proporción de la totalidad
del gas de escape que circula a través del conducto del cambiador de
calor, se puede obtener un calentamiento necesario característico
del sistema. Con este propósito, se proporciona la válvula del tubo
de escape, que se controla dependiendo de los parámetros
externos.
A continuación se describen dos realizaciones de
dichos sistemas con referencia a las figuras 1 y 2. En ambos
sistemas, el gas de escape entra en la dirección de la flecha P
desde el lado derecho en lo que se refiere a los dibujos. El sistema
ofrece un conducto de cambiador de calor 5 con un cambiador de calor
7 para el gas de escape, y un conducto de derivación 9. Una válvula
de tubo de escape 10 se utiliza para controlar el flujo de gas de
escape que pasa a través del conducto de cambiador de calor y del
conducto de derivación 9.
En la realización de la figura 1, la proporción
de gas que circula a través de los conductos se controla variando la
resistencia al flujo del conducto de derivación 9. Cuando la válvula
10 está en su posición completamente abierta, la resistencia al
flujo del conducto de derivación 9 es sustancialmente menor que la
resistencia al flujo del cambiador de calor 7 que está en el
conducto del cambiador de calor 5, dando esto como resultado que no
circule casi gas a través del cambiador de calor. Cuando la válvula
10 está en su posición completamente cerrada, se bloquea el gas que
circula a través del conducto de derivación 9, y ese gas circula
completamente a través del cambiador de calor 7, exceptuando una
pequeña cantidad de flujo de fuga que rodea la válvula 10. Si se
coloca la válvula en posiciones intermedias, se puede obtener una
proporción necesaria del gas que circula por ambos conductos.
En la realización de la figura 2, el flujo de
gas se controla directamente accionando la válvula 10 de manera que
la abertura de entrada del conducto cambiador de calor 5 o del
conducto de derivación 9 se abre o se cierra. De nuevo aquí, si se
coloca la válvula 10 en posiciones intermedias, se puede obtener
cualquier proporción necesaria del gas que circula por los
conductos.
Las válvulas que se usan para controlar el gas
de escape que circula a través de los conductos plantean dos
problemas principales. En primer lugar, deben soportar altas
temperaturas de funcionamiento y aumentos bruscos de estas mismas
temperaturas, lo que hace que su vida útil oscile entre 10 y 15
años. En segundo lugar, las válvulas deben evitar que se produzca
cualquier fuga de gas de escape por el lado del gas de escape de la
válvula hacia el exterior ya que tales válvulas se usan normalmente
corriente arriba de un convertidor catalítico, por lo cual el gas de
escape que se fuga todavía no se ha purificado.
Si la válvula se usa en otras aplicaciones, por
ejemplo en sistemas recuperadores de calor diesel, en los que no se
usa convertidor catalítico, también es de suma importancia evitar
fugas, por ejemplo para el tratamiento acústico y térmico.
La DE-A-19526144
muestra una válvula de tubo de escape del tipo mencionado al
principio. El casquillo de cojinete sirve únicamente como cojinete
radial. Además del cojinete radial, se proporciona un cojinete axial
separado que se forma como un anillo con una superficie de
estanqueidad cónica en el lado orientado hacia el plato de válvula.
La superficie de estanqueidad coopera con un saliente de
estanqueidad cónico en el vástago de válvula. El anillo se apoya
sobre un plato que está dispuesto en la caja, por el lado del mismo
orientado en dirección opuesta a la superficie de estanqueidad. El
resorte está colocado entre el plato y la arandela que está unida al
vástago de válvula.
El objeto de la invención consiste en
proporcionar una válvula de tubo de escape que sea segura, que tenga
una vida útil larga y que sólo permita una pequeña fuga de gas de
escape.
Con este fin, la invención proporciona una
válvula de escape del tipo que se menciona al principio, que se
caracteriza porque el casquillo de cojinete tiene una superficie de
apoyo primaria en su lado orientado hacia el plato de válvula,
porque el vástago de válvula tiene una superficie de estanqueidad
primaria que coopera con la superficie de apoyo primaria del
casquillo de cojinete, porque la arandela coopera con el casquillo
de cojinete en su lado orientado en dirección opuesta al plato de
válvula, y porque el resorte empuja la superficie de estanqueidad
primaria del vástago de válvula contra la superficie de apoyo
primaria del casquillo de cojinete mientras que empuja la arandela
contra el casquillo de cojinete. Esta válvula tiene una construcción
simple, lo que supone una condición necesaria para tener una vida
útil larga. El casquillo de cojinete proporciona tanto una junta
estanca contra fugas del gas de escape hacia el exterior como para
el cojinete en el que se monta giratoriamente el vástago de
válvula.
De manera preferible, una superficie de apoyo
secundaria está formada en el lado del casquillo de cojinete que
está orientado en dirección opuesta al plato de válvula, y una
superficie de estanqueidad secundaria está formada en la arandela
para cooperar con la superficie de apoyo secundaria. La provisión de
las superficies de estanqueidad y de las superficies de apoyo en
ambos lados del casquillo de cojinete mejora el efecto obturador y
la estabilidad del cojinete.
De manera preferible, las superficies de
estanqueidad y las superficies de apoyo son cónicas. Esto permite
centrar el vástago de válvula en el casquillo de cojinete. Además,
se mejoran las propiedades obturadoras.
Según la realización preferida de la invención,
el resorte está dispuesto entre una tuerca que está montada en el
vástago de válvula y la arandela. El resorte es preferiblemente una
arandela elástica formada con inconel. Como no hay movimiento
recíproco entre la tuerca y la arandela, las pérdidas que se
producen por el rozamiento durante el giro del vástago de válvula
son escasas. Además, el resorte compensa la dilatación térmica de
los componentes de la válvula durante el funcionamiento. El resorte
está preferiblemente diseñado para que la fuerza de empuje que
proporciona permanezca sustancialmente constante en todo el rango de
temperaturas de funcionamiento. El material del resorte se elige de
modo que sus características no se vean afectadas por las
temperaturas de funcionamiento de la válvula.
Según la realización preferida de la invención,
el vástago de válvula se hace con un material que ofrece una buena
resistencia al calor, por ejemplo acero con los números de material
1.4122 ó 1.4104. De manera preferible, la superficie de estanqueidad
que está formada sobre el vástago de válvula, está formada a su vez
sobre un saliente que se proyecta radialmente integrado en el
vástago de válvula.
Para mejorar las características obturadoras
entre el vástago de válvula y el casquillo de cojinete, el vástago
de válvula está provisto, al menos parcialmente, de un revestimiento
de cerámica. El revestimiento está provisto al menos sobre la
superficie de estanqueidad primaria del vástago de válvula. El
revestimiento de cerámica asegura que el vástago de válvula pueda
girar en el casquillo de cojinete durante un periodo de vida útil
largo y con temperaturas de funcionamiento altas que pueden ser de
hasta 800ºC. Al mismo tiempo, el revestimiento de cerámica
proporciona poca aspereza superficial, lo que ofrece buenas
características obturadoras. El revestimiento de cerámica contiene
preferiblemente Ti, Al y Cr. Adicionalmente, también pueden estar
presentes Y y N. Además, se puede proporcionar un segundo
revestimiento de cerámica sobre el primer revestimiento, conteniendo
este segundo revestimiento Ti, Al y N.
Dependiendo de las condiciones de construcción,
el plato de válvula se puede montar centrado o descentrado en el
vástago de válvula. En cualquier caso, el vástago de válvula se
apoya preferiblemente en un solo lado del plato de válvula,
produciéndose así pocas pérdidas debidas al rozamiento y siendo las
demandas menos estrictas en lo que se refiere a las tolerancias ya
que no es necesario colocar concéntricamente dos cojinetes en ambos
lados del plato de válvula.
En el caso de que actúen cargas mayores sobre el
vástago de válvula, se puede usar un segundo cojinete en el lado
opuesto del plato de válvula.
Según la realización preferida de la invención,
el casquillo de cojinete se monta en la caja mediante ajuste a
presión, preferiblemente en el interior de una parte cilíndrica de
la caja. El ajuste a presión evita tener que utilizar otros medios
adicionales para colocar o sujetar el casquillo de cojinete, medios
que por otro lado pueden presentar problemas en lo que se refiere a
la dilatación térmica. Un material particularmente adecuado para el
casquillo de cojinete es acero con los números de material 1.4122 ó
1.4104.
A partir de ahora, la invención se describe
mediante una realización preferida que se muestra en los dibujos en
anexo. En los dibujos:
La figura 1, muestra esquemáticamente una
primera realización de un sistema cambiador de calor de gas de
escape que emplea una válvula según la invención.
La figura 2, muestra esquemáticamente una
segunda realización del sistema que emplea una válvula según la
invención.
La figura 3, muestra una vista despiezada de la
válvula que se usa en el sistema de la figura 1.
La figura 4, muestra una vista en sección de la
válvula que se usa en el sistema de la figura 2.
La figura 5, muestra una vista en sección de la
válvula que se muestra en la figura 4.
Las figuras 6 a 9, muestran esquemáticamente el
proceso de montaje de la válvula.
La figura 3 muestra una vista despiezada de la
válvula según la invención, que se emplea en el sistema que se
muestra en la figura 1. La válvula comprende una caja 12 que forma
parte de un conducto de derivación 9. En el interior de la caja 12,
un plato de válvula 14 está montado giratoriamente. El contorno del
plato de válvula 14 corresponde al contorno interno del conducto de
derivación 9 de la caja 12.
El plato de válvula 14 está unido a un vástago
de válvula 16 fabricado con acero resistente al calor, en particular
con acero que tiene los números de material 1.4122 ó 1.4104. Para el
plato de válvula, el número de material 1.4301 es particularmente
adecuado. El vástago de válvula 16 comprende un saliente radial
integrado en el vástago de válvula. El saliente 18 tiene en su lado
que está orientado en dirección opuesta al plato de válvula 14, una
superficie de estanqueidad cónica 20.
El vástago de válvula 16 se monta giratoriamente
dentro de un casquillo de cojinete 22 fabricado de acero con los
números de material 1.4122 ó 1.4104. En el lado del mismo que está
orientado hacia el saliente 18, el casquillo de cojinete 22 está
provisto de una superficie de apoyo cónica 24. La inclinación de la
superficie de apoyo 24 corresponde a la inclinación de la superficie
de estanqueidad 20, formando ambas superficies un ángulo de
aproximadamente 20º con un plano que se extiende radialmente.
El vástago de válvula 16 está provisto de un
revestimiento, en concreto en la zona de la superficie de
estanqueidad 20. Este revestimiento está hecho con un material de
cerámica que contiene Ti, Al, Cr, Y y N. Sobre este primer
revestimiento, se proporciona un segundo revestimiento que contiene
Ti, Al y N. Estos revestimientos proporcionan una superficie lisa y
duradera con lo cual la superficie de estanqueidad 20 junto con la
superficie de apoyo 24 forma una junta estanca primaria evitando
casi por completo cualquier escape de gas.
El casquillo de cojinete 22 está provisto, en su
lado que orientado en dirección opuesta al plato de válvula, de una
superficie de apoyo secundaria 26 que también es cónica. La
superficie de apoyo secundaria 26 coopera con una superficie de
estanqueidad cónica secundaria 28 que está formada sobre una
arandela 30. La superficie de estanqueidad secundaria 28 también es
cónica. La arandela 30 se forma con un material resistente al calor,
en concreto acero con los números de material 1.4122 ó 1.4104. El
revestimiento descrito con respecto a la superficie de estanqueidad
20 puede colocarse también sobre la superficie de estanqueidad 28 de
la arandela 30.
Una arandela elástica 32, fabricada con inconel,
está colocada en el lado de la arandela 30 que está orientado en
dirección opuesta al plato de válvula 14. La arandela elástica 32 se
comprime mediante una tuerca 34 que se enrosca en una rosca 36 del
vástago de válvula 16, con una palanca de accionamiento 38 situada
entre la tuerca 34 y la arandela elástica 32. Un motor escalonado o
cualquier otra unidad equivalente hace funcionar la palanca de
accionamiento 38 para colocar el plato de válvula 14 en cualquier
orientación deseada.
La válvula que se muestra en las figuras 4 y 5
corresponde a la válvula que se muestra en la figura 3 en lo que se
refiere al vástago de válvula 16. La principal diferencia consiste
en que el plato de válvula 14 no es sustancialmente circular ni está
centrado en el vástago de válvula 16, y se extiende de manera
excéntrica desde el vástago de válvula 16. Ambas válvulas tienen en
común que el plato de válvula se apoya únicamente en uno de sus
lados. Esto es posible ya que el casquillo de cojinete 22 tiene una
extensión determinada en dirección axial, avanzando a una distancia
relativamente grande entre las superficies de apoyo primaria y
secundaria. Esta distancia proporciona una estabilidad suficiente
para contrarrestar cualquier carga basculante que introduzca el
plato de válvula 14, sin que sea necesario ningún cojinete adicional
en el lado opuesto del plato de válvula 14.
Las figuras 6 a 9 muestran las fases de montaje
del cojinete para el vástago de válvula 16. En una primera fase que
se muestra en la figura 6, el casquillo de cojinete 22 está
dispuesto sobre el vástago de válvula 16 de manera que la superficie
de apoyo 24 coopera con la superficie de estanqueidad 20. Para
evitar agarrotamiento, hay un huelgo significativo C entre la
abertura interna del casquillo de cojinete 22 y el vástago de
válvula 16.
En una segunda fase que se muestra en la figura
7, el casquillo de cojinete 22 se aprieta en una parte cilíndrica 40
que está provista en la caja 12. Las dimensiones de la parte
cilíndrica 40 y el casquillo de cojinete 22 son tales que se puede
producir un ajuste a presión entre el casquillo de cojinete y la
caja. El rozamiento que resulta del ajuste a presión es suficiente
para mantener de forma segura el casquillo de cojinete 22 en su
sitio, sin que se necesite ningún medio de sujeción adicional. Como
puede verse en la figura 7, se proporciona un huelgo significativo C
entre el saliente radial 18 del vástago de válvula 16 y la parte
cilíndrica 40 de la caja. Esto nuevamente evita el agarrotamiento.
Como puede verse también en la figura 7, la cooperación entre la
superficie de apoyo 24 y la superficie de estanqueidad 20 forma una
junta estanca primaria S que evita que haya salida de gases desde el
interior de la caja.
En una tercera fase que se muestra en la figura
8, la arandela 30 está montada en el vástago de válvula 16 de manera
que la superficie de estanqueidad secundaria 28 de la arandela 30
coopera con la superficie de apoyo secundaria 26 del casquillo de
cojinete 22, formando así una junta estanca secundaria. La arandela
30 está dimensionada para que haya un huelgo de funcionamiento muy
estrecho R entre la abertura interna de la arandela 30 y el vástago
de válvula 16. El huelgo estrecho R está correctamente centrado en
la arandela 30, asegurando así una colocación correcta del plato de
válvula 14.
Según se muestra en la figura 9, la arandela
elástica 32 y la palanca de accionamiento 38 están montadas sobre el
vástago de válvula 16, y la tuerca 34 se aprieta para precargar la
arandela elástica 32. La precarga se elige para que haya un buen
equilibrio entre las fuerzas de rozamiento bajas que se producen
entre el vástago de válvula 16 y el casquillo de cojinete 22 por un
lado, y el pequeño escape que se produce por las juntas estancas
primaria y secundaria.
- 5
- Conducto cambiador de calor
- 7
- Cambiador de calor
- 9
- conducto de derivación
- 10
- Válvula de tubo de escape
- 12
- Caja
- 14
- Plato de válvula
- 16
- Vástago de válvula
- 18
- Saliente
- 20
- Superficie de estanqueidad primaria
- 22
- Casquillo de cojinete
- 24
- Superficie de apoyo primaria
- 26
- Superficie de apoyo secundaria
- 28
- Superficie de estanqueidad secundaria
- 30
- arandela
- 32
- arandela elástica
- 34
- tuerca
- 36
- rosca
- 38
- palanca de accionamiento
- 40
- parte cilíndrica
Claims (20)
1. Válvula de tubo de escape que comprende una
caja (12), un casquillo de cojinete (22) montado en la caja, un
vástago de válvula (16) montado giratoriamente en el casquillo de
cojinete, un plato de válvula (14) montado sobre el vástago de
válvula, una arandela (30) dispuesta en el vástago de válvula y un
resorte (32), caracterizada porque el casquillo de cojinete
(22) tiene una superficie de apoyo primaria (24) en su lado
orientado hacia el plato de válvula, porque el vástago de válvula
(16) tiene una superficie de estanqueidad primaria (20) que coopera
con la superficie de apoyo primaria del casquillo de cojinete,
porque la arandela coopera con el casquillo de cojinete en su lado
orientado en dirección opuesta al plato de válvula, y porque el
resorte (32) empuja la superficie de estanqueidad primaria (20) del
vástago de válvula contra la superficie de apoyo primaria (24) del
casquillo de cojinete (22) mientras que la arandela (30) es empujada
contra el casquillo de cojinete (22).
2. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 1, caracterizada porque en el lado del
casquillo de cojinete (22) que está orientado en dirección opuesta
al plato de válvula está formada una superficie de apoyo secundaria
(26) y porque en la arandela (30) está formada una superficie de
estanqueidad secundaria (28) para cooperar con la superficie de
apoyo secundaria (26).
3. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las superficies de
estanqueidad (20, 28) son cónicas.
4. Válvula de tubo de escape según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
superficies de apoyo (24, 26) son cónicas.
5. Válvula de tubo de escape según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
resorte (32) está dispuesto entre una tuerca que está montada en el
vástago de válvula y la arandela.
6. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 5, caracterizada porque el resorte es una
arandela elástica (32).
7. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 6, caracterizada porque la arandela elástica
(32) está formada con inconel.
8. Válvula de tubo de escape según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
vástago de válvula (14) se fabrica con acero con los números de
material 1.4122 ó 1.4104.
9. Válvula de tubo de escape según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
plato de válvula (14) está montado centrado en el vástago de válvula
(16) y coopera con la pared interna de la caja (12).
10. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el plato
de válvula (14) está montado excéntricamente en el vástago de
válvula (16) y coopera con dos asientos de válvula que están
provistos en el interior de la caja (12).
11. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
sobre el vástago de válvula (16) se acopla una palanca (38) para
accionar el plato de válvula (14).
12. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
casquillo de cojinete (22) se monta en la caja (12) con un ajuste a
presión.
13. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 12, caracterizada porque la caja comprende una
parte cilíndrica (40) en el interior de la cual está montado el
casquillo de cojinete (22).
14. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el
casquillo de cojinete (22) se asegura en la caja (12) mediante
cooperación de formas.
15. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
casquillo de cojinete (22) se hace con acero con los números de
material 1.4122 ó 1.4104.
16. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, que comprende un vástago de
válvula (14) que está provisto al menos parcialmente de un
revestimiento de cerámica.
17. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 16, que comprende una arandela (30) que está provista
al menos parcialmente de un revestimiento de cerámica.
18. Válvula de tubo de escape según cualquiera
de las reivindicaciones 16 y 17, caracterizada porque el
revestimiento de cerámica contiene Ti, Al y Cr.
19. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 18, caracterizada porque el revestimiento de
cerámica contiene también Y y N.
20. Válvula de tubo de escape según la
reivindicación 19, caracterizada porque sobre el primer
revestimiento está provisto un segundo revestimiento de cerámica que
contiene Ti, Al y N.
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