ES2342640A1 - Disposicion de valvula. - Google Patents
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Abstract
Disposición de válvula (11) que gobierne el flujo de circulación de un fluido líquido o gaseoso entre al menos un primer orificio (14) y un segundo orificio (15) que evite el pegado de una válvula al asiento de la misma.
Description
Disposición de válvula.
La presente invención se refiere a una
disposición de válvula que controla y regula el flujo de
recirculación de gases de escape, a saber, EGR de un motor de
combustión interna.
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En la técnica actual se conocen disposiciones
que permiten la recirculación de los gases de escape desde el
colector de escape al colector de admisión de los motores de
combustión conocidos como sistemas EGR (Exhaust Gas Recirculation
Systems).
Estos sistemas están constituidos por los tubos
metálicos de conexión, tubos EGR, intercambiador de calor con un
conducto de derivación, EGR Cooler; válvula By-pass
y válvula EGR. Dichas válvulas son elementos independientes y su
accionamiento requiere actuadores independientes.
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.
De la solicitud de patente internacional
WO2006/092401 se conoce una válvula que canaliza los gases de escape
bien hacia un intercambiador de calor, o bien hacia un conducto de
derivación, según unas condiciones preestablecidas de control, que
comprende un cuerpo con una cámara interior donde se reciben los
gases de combustión a través de unos conductos de entrada y son
dirigidos hacia unos conductos de salida a través de unas bocas de
entrada/salida y un elemento para la obturación de los conductos de
salida ó de entrada está formado por un eje de actuación, accionable
axialmente mediante un actuador, con dos placas separadas por un
muelle y desplazables a lo largo del eje entre dos topes fijados al
mismo y adicionalmente un fuelle comandado por un actuador
neumático.
Una desventaja de la referida válvula se deriva
del hecho de que la válvula por el diseño presentado presenta
problemas de fugas y/o gripaje entre el eje de actuación y las
placas de cierre de la válvula.
Este diseño de válvula requiere de un movimiento
relativo entre la placa de cierre y el eje de actuación de la
válvula presentando problemas de desgaste y/o gripaje entre la placa
y el eje en las condiciones de funcionamiento en alta
temperatura.
Adicionalmente al no tratarse de una unión
estanca ya que debe existir un mínimo juego entre la placa y el eje
para poder realizar el movimiento relativo entre los dos
componentes, presenta un nivel de fugas internas, en su posición de
estado cerrado, debido a las cuales no se puede realizar un control
preciso del gas EGR.
El diseño propuesto además no mejora las
prestaciones en comparación con las válvulas actuales en el aspecto
de evitar el pegado. Uno de los mayores problemas que se presenta en
el funcionamiento de las válvulas EGR es el pegado de los platos a
los asientos de la válvula, como consecuencia de la solidificación
de algunos restos de condensados de los gases de escape al enfriarse
los mismos. Dicha solidificación provoca el pegado entre la parte
móvil de la válvula y el asiento de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención busca resolver uno o más
de los inconvenientes expuestos anteriormente mediante una
disposición de válvula como es reivindicada en la reivindicación 1.
Realizaciones de la invención son establecidas en las
reivindicaciones dependientes se pega a su asiento.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una disposición de válvula que gobierne el flujo de
circulación de un fluido líquido o gaseoso entre al menos un primer
orificio y un segundo orificio que evite el pegado de una válvula al
asiento de la misma.
Otro objeto de la invención es disponer una
válvula que integre la función de la válvula EGR y la válvula
By-pass mediante la utilización de un único
actuador.
Aun otro objeto de la invención es proporcionar
una disposición de válvula que presente una durabilidad elevada
debido a la disminución del desgaste, evitación del gripaje y fugas
entre el eje y los platos como consecuencia del movimiento relativo
que debe existir en el diseño mostrado entre el eje y el plato.
Todavía otro objeto de la invención es prevenir
el pegado de los platos con el asiento de la válvula, suministrando
mayor fuerza para la apertura de la válvula.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
motor de accionamiento para la disposición de válvula que desarrolle
una reducida fuerza de apertura y cierre de la misma.
Aún otro objeto de la invención es ubicar el
motor de accionamiento distante del eje de giro de la válvula o
paleta de cierre/apertura a fin de crear un elevado momento de
actuación para generar elevadas fuerzas de accionamiento de la
válvula.
Todavía otro objeto de la invención es
proporcionar un contacto estanco entre el asiento de válvula y la
válvula propiamente dicha.
Además, es otro objeto de la invención es
mantener la válvula cerrada en caso de fallo de la disposición de
válvula.
Otro objeto de la invención es evitar daños por
altas temperaturas sobre el motor de accionamiento.
Aun otro objeto de la invención es proporcionar
un grado de estanqueidad elevado en la posición de cierre de la
disposición de válvula para evitar uniones que debe permitir
movimientos relativos entre plato evitando fugas.
Todavía otro objeto de la invención es mejorar
las prestaciones por caída de presión en la disposición de válvula
ya que se ejerce una fuerza de accionamiento elevada que permite
utilizar diámetros de cabeza de válvula superiores a los actualmente
utilizados.
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Una explicación más detallada de la invención se
da en descripción que sigue y que se basa en las figuras
adjuntas:
la figura 1 muestra una sección en corte de una
disposición de válvula de acuerdo a la invención,
la figura 2 muestra un detalle constructivo de
un conjunto de elementos de obturación de la disposición de válvula
de acuerdo a la invención,
la figura 3 muestra una sección en corte de la
disposición de válvula en posición de abierto de acuerdo a la
invención,
la figura 4 muestra otro detalle constructivo
del conjunto de elementos de obturación de la disposición de válvula
de acuerdo a la invención,
la figura 5 muestra una sección en corte de otra
disposición de válvula en posición de cerrado de acuerdo a la
invención,
la figura 6 muestra una sección en corte de otra
disposición de válvula con una leva de acuerdo a la invención,
y
la figura 7 muestra una sección en corte de otra
disposición de válvula con otra leva de acuerdo a la invención.
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En relación con la figura 1, se ilustra en una
sección en corte de una disposición de válvula en posición de
cerrada de acuerdo a la invención que está localizada en el
interior de un cuerpo 12 con una cámara interior 13 donde se recibe
un fluido tal como un líquido, un gas o similar.
El cuerpo 12 comprende al menos un primer
conducto de entrada/salida 14 del gas a la válvula y al menos un
segundo conducto de entrada/salida 15 y un tercer conducto de
entrada/salida 16 del gas.
En el caso que nos ocupa, la cámara interior 13
recibe un gas de entrada a través del primer conducto de entrada 14,
procedente de una zona de entrada y se dirige hacia la segunda y
tercera salidas 15, 16 de comunicación de la cámara 13 con los
conductos de salida o viceversa, la cámara interior 13 comprende dos
conductos de entrada y un conducto de salida.
La disposición de la válvula tiene como tarea la
apertura y cierre de un conjunto de elementos de obturación 17, 18
tal como una paleta o válvula propiamente dicha con la que se
controla la cantidad de flujo de gas que fluye por los conductos de
entrada/salida 14, 15, 16 de la cámara interior 13.
En relación ahora a las figuras 1 y 2, la
disposición de válvula 11 comprende una primera paleta 17 y una
segunda paleta 18 que están unidas por sus extremos proximales
mediante un eje de articulación 19, el cual está unido a una
predeterminada zona de una pared interna de la cámara interior 13
próxima a un conducto de la misma, por ejemplo, alojado en el
tabique de separación de la segunda y tercera salida 15, 16 o
similar.
Los extremos distales de la primera y segunda
paleta 17, 18 están en contacto físico con un primer eje de
accionamiento 20 que es accionable axialmente. Ambos extremos
distales de la primera y segunda paleta 17, 18 son mantenidos
separados mediante un primer resorte 21 tal como un muelle montado
sobre el primer eje de accionamiento 20.
Tanto la primera paleta 17 como la segunda
paleta 18 presentan substancialmente la misma forma constructiva tal
como una línea quebrada continua.
Cuando ambas paletas 17, 18 están montadas en
ambos ejes, primer eje accionador 20 y eje articulador 19, las
paletas 17, 18 adoptan substancialmente una forma de tipo ánfora
terminada en punta en el extremo proximal y en un cuello estrecho en
el extremo distal. La anchura del cuello de la forma tipo ánfora
corresponde a la dimensión axial del primer muelle 21.
Obviamente, esta forma de tipo ánfora será
modificable en función de la disponibilidad de espacio dentro de la
cámara interior 13, así como, la forma constructiva de ambas paletas
puede diferir por la misma razón, disponibilidad de espacio en el
entorno de la cámara interior 13.
El funcionamiento de la válvula es como
siguiente, cuando la válvula está cerrada, la primera 17 y segunda
18 paletas obturan la segunda 15 y tercera 16 salidas de la cámara
interior 13, respectivamente, gracias a la fuerza que ejerce el
primer muelle 21 sobre los extremos distales de ambas paletas 17,
18.
En relación ahora con la figura 1, para abrir
una de las salidas 14, 15, el primer eje actuador 20 es desplazado
una predeterminada distancia axial en el sentido apropiado por medio
de un motor de accionamiento, no mostrado, que genera y aplica una
fuerza suficiente para que el correspondiente miembro de tope 22, 23
arrastre a la paleta 17, 18, venciendo la resistencia del primer
muelle 21.
Por lo tanto, el tope 22, 23, en contacto con la
paleta 17, 18 correspondiente, la arrastra hacia la paleta
contraria, que permanece obturando su salida y, consecuentemente, el
primer muelle 19 es comprimido y el gas de entrada sale por el
conducto de salida correspondiente.
Se ha de observar que ambas primera y segunda
paleta 17, 18 son montadas pivotablemente sobre el eje articulador
19.
Una característica de la disposición de válvula
según la presente invención es que puede realizar tanto la función
de controlar la cantidad de gas a recircular como la función de
seleccionar el circuito por el que debe circular el gas por lo que
puede sustituir a dos válvulas separadas tal como una válvula EGR y
una válvula by-pass utilizadas, generalmente, en los
sistemas EGR habituales.
Asimismo, el funcionamiento de la disposición de
válvula es independiente de la situación espacial del conjunto
entrada-salida 14, 15, 16.
Las paletas 17, 18 pueden ser fabricadas en un
material tal como chapa metálica, material de fundición, mecanizado,
sinterizado o cualquier otro proceso de fabricación que permita
obtener el diseño de paleta deseado.
El conjunto paletas-muelle 17,
18, 19 es desplazable a lo largo del primer eje actuador 20 entre el
primer y un segundo topes 22, 23 fijados al mismo. Cada paleta 17,
18 está en contacto físico con uno de los topes 22, 23 del primer
actuador 20, respectivamente.
El contacto físico entre el primer eje 20 y
paleta 17, 18 se produce inevitablemente en el momento de accionar
la válvula a fin de abrir la paleta 17, 18.
En el caso en el que la válvula se encuentre en
la posición de cerrado, por diseño se puede seleccionar entre la
opción de topes 22, 23 en contacto o topes 22, 23 sin contacto.
El diseño de ambos topes 22, 23 es función del
diseño del extremo distal de la paleta 17, 18 y del diseño del
primer eje actuador 20 a fin de que el tope, cuando el primer eje
actuador 20 se mueve en dirección de apertura de la válvula, entre
en contacto con la correspondiente paleta 17, 18, transmitiendo el
primer eje 20 la fuerza de apertura deseada.
Por otro lado, cuando el primer eje 20 se
desplaza axialmente en el sentido de cierre de la paleta 17, 18 no
existe contacto ni transmisión de fuerza entre el eje 20 y las
mismas.
A fin de alcanzar lo descrito anteriormente, el
primer eje 20 puede tener dos diámetros diferentes, teniendo la
parte central del primer eje 20 un diámetro inferior al diámetro de
los extremos del eje 20, a fin de hacer tope contra las paletas 17,
18 sólo en el sentido de apertura de las paletas 17, 18.
En otra realización, el diámetro del primer eje
20 es constante, instalándose unos topes tal como unas arandelas
solidarias al eje 20 situadas en las partes externas de las paletas
17, 18 alcanzándose el mismo efecto que el descrito
anteriormente.
El diseñador tiene varios grados de libertad
para realizar un diseño que permita que paleta 17, 18 entren en
contacto para su apertura con el primer eje 20, transmitiendo la
fuerza necesaria para vencer las fuerza de cierre del muelle 19,
evitando que el movimiento axial tienda a cerrar la paleta 17, 18,
en este caso no existe contacto entre el eje 20 y la paleta 17, 18,
consecuentemente, no existe transmisión de fuerza entre eje 20 y
paleta 17, 18. El cierre de las paletas 17, 18 se consigue mediante
la acción del muelle 21 que siempre tienda a cerrarlas.
En relación con la figura 4, adicionalmente, un
resorte de torsión 41 puede ser ubicado en el eje 19 de articulación
para ayudar al muelle 19 montado sobre el primer eje 20 de
accionamiento en su tarea de asentamiento de ambas primera y segunda
paletas 17, 18 sobre el asiento de válvula correspondiente.
Obviamente, en función de la precisión del
control del flujo de gas a través de ambas segunda y tercera salidas
14, 15 que se desee obtener, se instalará el muelle 21 o el muelle
de torsión 41o ambos. También, se ha de observar que la existencia
del muelle 21 o el muelle de torsión 41 impide la apertura
simultánea de la segunda y tercera salidas 14, 15.
El tope 22, 23 que deja de estar en contacto
físico con su correspondiente paleta 17, 18 limita el movimiento del
primer eje actuador 20 al entrar en contacto con la correspondiente
pared interior del cuerpo 12.
Sin embargo, el final de la carrera no
necesariamente viene marcado por el contacto físico entre el tope
22, 23 y la pared interior del cuerpo 12 sino que el movimiento del
eje actuador 20 está gobernado por el movimiento del motor de
accionamiento.
Por lo tanto, una paleta 17,18 puede quedar
situada entre los extremos de un rango de desplazamiento del primer
actuador 20, siendo uno de sus extremos la posición de reposo, nula
apertura de la válvula, y el otro extremo el desplazamiento máximo
del eje actuador 20, máxima apertura de la válvula. El grado de
apertura de una paleta está relacionado con la magnitud del
desplazamiento del actuador 20, que define la cantidad de gas que a
traviesa la válvula.
Esta disposición de válvula con una zona de
entrada 14 y dos zonas de salida 15, 16, por ejemplo, resulta
especialmente aplicable para un intercambiador de calor de un
sistema EGR con un conducto de derivación estando la zona de entrada
14 conectada al colector de escape y las zonas de salida 15, 16 al
módulo refrigerante y al conducto de derivación.
También, la disposición de válvula 11 con dos
zonas de entrada y una zona de salida es aplicable para un
intercambiador de calor de un sistema EGR con un conducto de
derivación estando las dos zonas de entrada conectadas al módulo
refrigerante y al conducto de derivación y la zona de salida al
colector de admisión.
La disposición de válvula 11 puede tener dos
zonas de entrada y una zona de salida, de manera que el
funcionamiento de la válvula para que el gas fluya desde un
conducto de entrada al conducto de salida y del otro conducto de
entrada al mismo conducto de salida, mediante una dinámica idéntica
a la de la válvula representada en las figuras 1 a 4.
En relación con la figura 5, adicionalmente, una
paleta 17, 18 incluye un medio de sellado 51, 52 para proporcionar
un sellado mejorado de las salidas 15, 16. Los selladores 51, 52
pueden adoptar una forma del tipo circular o similar.
El disco de sellado 51, 52 está fijado a la
paleta 17, 18 mediante una articulación de tipo rótula en ambos
extremos de la articulación correspondiendo un extremo a la unión al
disco y el otro extremo a la unión a la paleta 17, 18, que permita
un grado de movimiento del disco 51, 52 con respecto a la paleta y,
a su vez, facilita un asiento hermético en el asiento de la válvula
realizado en el cuerpo 12.
Asimismo, un segundo resorte tal como un muelle
puede ser instalado en la articulación que fija el disco 51, 52 a la
paleta 17, 18 para evitar la vibración del disco producida por
pulsos de presión originados en el sistema de gas de
recirculación.
La disposición de válvula 11 descrita puede ser
instalada en un cuerpo 12 que comprenda una única entrada y una
única salida, por ejemplo, a la función de válvula EGR, donde sólo
se gobierna la cantidad de gas a recircular.
El primer eje actuador 20 puede ser desplazado
axialmente mediante, por ejemplo, un motor con caja reductora
acoplada a una salida en sistema
piñón-cremallera.
En relación ahora con las figuras 6 y 7, la
apertura y cierre de las paletas 17, 18 puede ser realizado mediante
la utilización de una leva que reemplazaría al conjunto de primer
eje actuador 20, muelle 21 y topes 22, 23.
La leva 61 tiene un segundo eje de accionamiento
62 paralelo longitudinalmente a las caras de las paletas 17, 18. La
unión de la leva 61 y el segundo accionador 62 se hace en un
predeterminado punto descentrado de la leva 61 para que el montaje
de la misma sea pivotable permitiendo realizar el accionamiento de
las dos paletas 17, 18, cuando se produce la rotación del segundo
accionador 62. En esta disposición las paletas 17, 18 adoptan
substancialmente una forma de tipo pinza.
\newpage
Por lo tanto, la utilización de la leva 61 evita
transformar un movimiento rotativo del motor en un movimiento
lineal, reduciéndose el número de componentes necesarios y
permitiendo ubicar el motor eléctrico encima de la válvula 11 en
lugar de a un lado de la misma.
La leva 61 incluye dos topes 63, 64 de manera
que cada tope está en contacto permanente o intermitente con la
correspondiente paleta 17, 18.
La leva 61 puede adoptar diferentes formas que
provoquen la apertura y cierre de las paletas 17, 18. En función de
la forma de la leva 61, el segundo accionador 62 puede estar
centrado o descentrado en la leva 61.
Como bien entenderá el experto en la materia, la
forma externa del cuerpo 11 de la disposición de válvula adopta una
forma insertable en el lugar apropiado del sistema EGR y podría
requerir cuantos elementos adicionales fueran necesarios para llevar
a cabo los correspondientes acoplamientos.
La fuerza que debe desarrollar el motor de
accionamiento, no mostrado, es función de la palanca que desarrolla
el brazo de palanca que el diseñador diseñe para dicha disposición
de válvula 11, resumiendo, incrementando el brazo de palanca se
incrementa la fuerza de apertura.
Por lo tanto, sin incrementar el motor que tiene
inconvenientes tales como mayor peso, costo, mayor complejidad en la
introducción del mismo en el espacio disponible, mayor consumo
eléctrico, se deriva en un aumento del consumo de combustibles de
origen fósiles, resumiendo, se reducen las emisiones de CO2.
En otra realización, la disposición de válvula
11 se puede utiliza en un sistema que comprende un EGR Cooler de
doble paso para el flujo de gas de manera que cuando la segunda
paleta 18 está en posición abierta, el gas es evacuado a través de
la segunda salida 16 EGR, y cuando se abre la primera paleta 17 se
comunica directamente la primera entrada 14 con la segunda salida 15
EGR, haciendo de este modo la función B Y-PAS S del
EGR COOLER.
La realización y ejemplo establecido en esta
memoria se presenta como la mejor explicación de la presente
invención y su aplicación práctica y para permitir de ese modo que
un experto en la técnica ponga en práctica y utilicen la invención.
No obstante, el experto en la técnica reconocerá que la descripción
y ejemplo anterior ha sido presentados con el propósito de ilustrar
y solamente como ejemplo.
Claims (7)
1. Disposición de válvula para un módulo
ERG/refrigeración de un motor de combustión interna que incluye
cámara interior (13) donde se recibe un fluido comprendiendo al
menos un primer conducto de entrada/salida (14), un segundo conducto
de entrada/salida (15) y un tercer conducto de entrada/salida (16);
caracterizado porque la disposición de la válvula está
adaptada para abrir y cerrar al menos un elemento de obturación (17,
18) montado pivotablemente en la cámara interior (13) y apoyado
sobre un asiento de válvula de un conducto de entra/salida (14, 15,
16).
2. Disposición de válvula de acuerdo a la
reivindicación 1; caracterizado porque el elemento de
obturación (17, 18) adopta una forma tipo línea quebrada continua de
manera que su extremo proximal está unido mediante un eje de
articulación (19) a un tabique de separación de la segunda y tercera
salida (15, 16) y su extremo distal está en contacto físico con un
primer eje de accionamiento (20) que es axialmente accionable.
3. Disposición de válvula de acuerdo a la
reivindicación 2; caracterizado porque los extremos
proximales del elemento de obturación (17, 18) es mantenido en
contacto físico con el asiento de válvula del correspondiente
conducto de entra/salida (16, 14, 15) mediante un primer resorte
(21) montado sobre el primer eje de accionamiento (20).
4. Disposición de válvula de acuerdo a la
reivindicación 3, caracterizado porque el extremos distal del
elemento de obturación (17, 18) está adaptado para entrar en
contacto físico con un extremo del primer resorte (21) y un miembro
de tope (22, 23) montado sobre el primer eje de accionamiento
(20).
5. Disposición de válvula de acuerdo a la
reivindicación 1; caracterizado porque el elemento de
obturación (17, 18) adopta una forma tipo línea quebrada continua de
manera que su extremo proximal está unido mediante un eje de
articulación (19) a un tabique de separación de la segunda y tercera
salida (16, 15) y su extremo distal está en contacto físico con una
leva (61) unida mediante un segundo eje de accionamiento (62) que es
rotablemente accionado.
6. Disposición de válvula de acuerdo a la
reivindicación 5; caracterizado la leva (61) está adaptada
para ser montada pivotablemente al segundo eje de accionamiento
(62).
7. Disposición de válvula de acuerdo a las
reivindicaciones 5 y 6; caracterizado la disposición de
válvula comprende dos elementos de obturación (17, 18) que adoptan
una forma de tipo ánfora terminada en punta en su extremo proximal y
en un cuello estrecho en su extremo distal, estando montados
pivotablemente en la cámara interior (13).
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