ITBO20090702A1 - MIXER DEVICE FOR A LOW-PRESSURE ENGINE EGR SYSTEM WITH INTERNAL COMBUSTION - Google Patents
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Abstract
Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:
?DISPOSITIVO MISCELATORE PER UN SISTEMA EGR DI BASSA PRESSIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA? ? MIXER DEVICE FOR A LOW PRESSURE EGR SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE?
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo miscelatore per un sistema EGR di bassa pressione di un motore a combustione interna. The present invention? relating to a mixing device for a low pressure EGR system of an internal combustion engine.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Nei moderni motori a combustione interna ? spesso presente un sistema EGR (Exhaust Gas Recircolation) che alimenta parte dei gas di scarico prodotti dalla combustione nel condotto di aspirazione in modo da miscelare i gas di scarico con l?aria fresca allo scopo di uniformare la temperatura in ciascuna camera di combustione e quindi ridurre le sostanze inquinanti presenti nei gas di scarico che vengono rilasciati nell?atmosfera. In modern internal combustion engines? often there is an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system that supplies part of the exhaust gases produced by combustion in the intake duct in order to mix the exhaust gases with fresh air in order to uniform the temperature in each combustion chamber and therefore reduce the pollutants present in the exhaust gases that are released into the atmosphere.
Un sistema EGR comprende un condotto EGR, il quale collega il condotto di scarico al condotto di aspirazione, ed un dispositivo miscelatore che ? disposto in corrispondenza della intersezione tra il condotto di EGR ed il condotto di aspirazione ed ha la funzione di regolare la miscelazione dei gas di scarico provenienti dal condotto di scarico con l?aria fresca presente nel condotto di aspirazione. Tipicamente, il dispositivo miscelatore comprende una valvola a farfalla, la quale ? disposta in corrispondenza del condotto EGR, ? azionata da un motore elettrico ed ha la funzione di variare la luce di passaggio del condotto EGR per variare la portata dei gas di scarico che vengono immessi nel condotto di aspirazione. An EGR system comprises an EGR duct, which connects the exhaust duct to the intake duct, and a mixing device which? arranged at the intersection between the EGR duct and the intake duct and has the function of regulating the mixing of the exhaust gases coming from the exhaust duct with the fresh air present in the intake duct. Typically, the mixing device comprises a butterfly valve, which? arranged in correspondence with the EGR duct,? driven by an electric motor and has the function of varying the passage opening of the EGR duct to vary the flow rate of the exhaust gases that are introduced into the intake duct.
La sopra descritta struttura del dispositivo miscelatore ha il vantaggio di essere economica e nel contempo permette di regolare in modo abbastanza preciso la portata dei gas di scarico che vengono immessi nel condotto di aspirazione; tuttavia, la sopra descritta struttura del dispositivo miscelatore non permette di regolare in modo preciso la portata dei gas di scarico che vengono immessi nel condotto di aspirazione in tutte le condizioni operative ed in particolare quando si vuole immettere nel condotto di aspirazione una portata dei gas di scarico particolarmente elevata. Inoltre, i dispositivi miscelatori noti presentano dei problemi di affidabilit? nel tempo, in quanto il motore elettrico pu? essere soggetto a surriscaldamenti eccessivi causati dal calore proveniente dal condotto EGR che viene a sua volta riscaldato dai gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto EGR stesso e che presentano indicativamente una temperatura di almeno 350-400 ?C. The above-described structure of the mixing device has the advantage of being economical and at the same time allows to regulate in a fairly precise way the flow rate of the exhaust gases which are introduced into the intake duct; however, the above-described structure of the mixing device does not allow to precisely adjust the flow rate of the exhaust gases that are introduced into the intake duct in all operating conditions and in particular when a flow rate of exhaust gases is to be introduced into the intake duct. particularly high discharge. Furthermore, known mixing devices have problems of reliability. over time, as the electric motor can? be subject to excessive overheating caused by the heat coming from the EGR duct which is in turn heated by the exhaust gases flowing through the EGR duct itself and which indicatively have a temperature of at least 350-400 ° C.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo miscelatore per un sistema EGR di bassa pressione di un motore a combustione interna, il quale dispositivo miscelatore sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione. Purpose of the present invention? providing a mixing device for a low pressure EGR system of an internal combustion engine, which mixing device is free of the drawbacks described above and, in particular, is easy and economical to implement.
Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo miscelatore per un sistema EGR di bassa pressione di un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a mixing device is provided for a low pressure EGR system of an internal combustion engine as claimed in the attached claims.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will come now described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
? la figura 1 ? una vista schematica di un motore a combustione interna sovralimentato provvisto di un sistema EGR che utilizza un dispositivo miscelatore realizzato in accordo con la presente invenzione; ? figure 1? a schematic view of a supercharged internal combustion engine provided with an EGR system which uses a mixing device made in accordance with the present invention;
? la figura 2 ? una vista in sezione del dispositivo miscelatore della figura 1; ? figure 2? a sectional view of the mixing device of Figure 1;
? la figura 3 ? una vista con parti tolte per chiarezza di un dispositivo attuatore del dispositivo miscelatore della figura 1; ? figure 3? a view with parts removed for clarity of an actuator device of the mixing device of Figure 1;
? la figura 4 ? un grafico che illustra le posizioni di due valvole a farfalla del dispositivo miscelatore della figura 1; ? figure 4? a graph illustrating the positions of two butterfly valves of the mixing device of Figure 1;
? la figura 5 ? una vista prospettica del dispositivo miscelatore della figura 1; ? figure 5? a perspective view of the mixing device of Figure 1;
? le figure 6 e 7 sono due diverse viste prospettiche ed esplose del dispositivo miscelatore della figura 1; e ? la figura 8 ? una vista prospettica di un inserto in materiale refrattario disposto lungo un albero di una valvola a farfalla principale del dispositivo miscelatore della figura 1. ? Figures 6 and 7 are two different perspective and exploded views of the mixing device of Figure 1; And ? figure 8? a perspective view of an insert made of refractory material disposed along a shaft of a main throttle valve of the mixing device of Figure 1.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
Nella figura 1, con il numero 1 ? indicato nel suo complesso un motore a combustione interna sovralimentato mediante un sistema 2 di sovralimentazione a turbocompressore. In figure 1, with the number 1? indicated as a whole an internal combustion engine supercharged by means of a turbocharger supercharging system 2.
Il motore 1 a combustione interna comprende quattro cilindri 3, ciascuno dei quali ? collegato ad un collettore 4 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 5 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). Il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cio? aria proveniente dall?ambiente esterno) attraverso un condotto 6 di aspirazione, il quale ? provvisto di un filtro 7 aria ed ? regolato da una valvola 8 a farfalla. Lungo il condotto 6 di aspirazione ? disposto un intercooler 9 avente la funzione di raffreddare l?aria aspirata. Al collettore 5 di scarico ? collegato un condotto 10 di scarico che alimenta i gas di scarico prodotti dalla combustione ad un sistema di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell?atmosfera e comprende normalmente almeno un catalizzatore 11 ed almeno un silenziatore (non illustrato) disposto a valle del catalizzatore 11. The internal combustion engine 1 comprises four cylinders 3, each of which? connected to an intake manifold 4 via at least one respective intake valve (not shown) and to an exhaust manifold 5 via at least one respective exhaust valve (not shown). The intake manifold 4 receives fresh air (that is, air coming from the external environment) through an intake duct 6, which is equipped with a 7 air filter and? regulated by an 8 throttle valve. Along the intake duct 6? an intercooler 9 has the function of cooling the intake air. To the exhaust manifold 5? connected an exhaust duct 10 which supplies the exhaust gases produced by combustion to an exhaust system, which emits the gases produced by combustion into the atmosphere and normally comprises at least one catalyst 11 and at least one silencer (not shown) arranged downstream of the catalyst 11.
Il sistema 2 di sovralimentazione del motore 1 a combustione interna comprende un turbocompressore 12 provvisto di una turbina 13, che ? disposta lungo il condotto 10 di scarico per ruotare ad alta velocit? sotto l?azione dei gas di scarico espulsi dai cilindri 3, ed un compressore 14, il quale ? disposto lungo il condotto 6 di aspirazione ed ? collegato meccanicamente alla turbina 13 per venire trascinato in rotazione dalla turbina 13 stessa cos? da aumentare la pressione dell?aria alimentata nel condotto 6 di alimentazione. The supercharging system 2 of the internal combustion engine 1 comprises a turbocharger 12 provided with a turbine 13, which? arranged along the exhaust duct 10 to rotate at high speed? under the action of the exhaust gases expelled from the cylinders 3, and a compressor 14, which? arranged along the intake duct 6 and d? mechanically connected to the turbine 13 to be driven into rotation by the turbine 13 itself so? to increase the pressure of the air fed into the supply duct 6.
Lungo il condotto 10 di scarico ? previsto un condotto 15 di bypass, il quale ? collegato in parallelo alla turbina 13 in modo da presentare le proprie estremit? collegate a monte e a valle della turbina 13 stessa; lungo il condotto 15 di bypass ? disposta una valvola 16 wastegate, la quale ? atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 15 di bypass ed ? controllata da un attuatore 17 pneumatico. Lungo il condotto 6 di aspirazione ? previsto un condotto 18 di bypass, il quale ? collegato in parallelo al compressore 14 in modo da presentare le proprie estremit? collegate a monte e a valle del compressore 14 stesso; lungo il condotto 18 di bypass ? disposta una valvola 19 Poff, la quale ? atta a regolare la portata dei gas di scarico che fluiscono attraverso il condotto 18 di bypass ed ? pilotata da un attuatore 20 elettrico. Along the exhaust duct 10? a bypass duct 15 is provided, which? connected in parallel to the turbine 13 in order to present its ends? connected upstream and downstream of the turbine 13 itself; along the bypass duct 15? arranged a 16 wastegate valve, which? adapted to regulate the flow rate of the exhaust gases flowing through the bypass duct 15 and d? controlled by a pneumatic actuator 17. Along the intake duct 6? provided a bypass duct 18, which? connected in parallel to the compressor 14 in order to present its ends? connected upstream and downstream of the compressor 14 itself; along the bypass duct 18? arranged a valve 19 Poff, which? adapted to regulate the flow rate of the exhaust gases flowing through the bypass duct 18 and d? piloted by an electric actuator 20.
Il motore 1 a combustione interna comprende un sistema EGR 21 di bassa pressione, il quale ricircola una parte dei gas di scarico presenti nel condotto 10 di scarico reimmettendo tali gas di scarico nel condotto 6 di aspirazione. Il sistema EGR 21 comprende un condotto EGR 22, il quale collega il condotto 10 di scarico al condotto 6 di aspirazione, ed un dispositivo 23 miscelatore a tre vie che ? disposto in corrispondenza della intersezione tra il condotto 10 di scarico ed il condotto 6 di aspirazione ed ha la funzione di regolare la miscelazione dei gas di scarico provenienti dal condotto 10 di scarico con l?aria fresca presente nel condotto 6 di aspirazione. Secondo una preferita forma di attuazione, lungo il condotto EGR 22 ? disposto uno scambiatore 24 di calore per raffreddare i gas di scarico provenienti dal condotto 10 di scarico. The internal combustion engine 1 comprises a low pressure EGR system 21, which recirculates a part of the exhaust gases present in the exhaust duct 10, reintroducing these exhaust gases into the intake duct 6. The EGR system 21 comprises an EGR duct 22, which connects the exhaust duct 10 to the intake duct 6, and a three-way mixing device 23 which? arranged at the intersection between the exhaust duct 10 and the intake duct 6 and has the function of regulating the mixing of the exhaust gases coming from the exhaust duct 10 with the fresh air present in the intake duct 6. According to a preferred embodiment, along the EGR duct 22? a heat exchanger 24 is arranged to cool the exhaust gases coming from the exhaust duct 10.
Il sistema EGR 21 ? di bassa pressione, cio? il condotto EGR 22 si origina dal condotto 10 di scarico a valle del catalizzatore 11 in modo da prelevare i gas di scarico che sono gi? stati trattati dal catalizzatore 11 stesso e che presentano una pressione solo leggermente superiore alla pressione atmosferica; in questo modo, i gas di scarico ricircolati dal condotto EGR 22 sono pi? ?puliti?, cio? presentano una minore quantit? di sostanze inquinanti. Tale configurazione ? anche denominata ?Long-Route? EGR, in quanto il condotto EGR 22 deve essere pi? lungo del normale per arrivare a valle del catalizzatore 11. The EGR 21 system? of low pressure, that is? the EGR duct 22 originates from the exhaust duct 10 downstream of the catalyst 11 so as to take the exhaust gases which are already been treated by the catalyst 11 itself and which have a pressure only slightly higher than the atmospheric pressure; in this way, the exhaust gases recirculated by the EGR 22 are more? ? clean ?, that is? have a smaller quantity? of pollutants. Such a configuration? also called? Long-Route? EGR, as the EGR 22 duct must be more? longer than normal to get downstream of the catalyst 11.
Il dispositivo 23 miscelatore a tre vie collega il condotto 6 di aspirazione con il condotto EGR 22. Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, il dispositivo 23 miscelatore comprende un condotto 25 di ingresso che viene collegato in serie al condotto EGR 22, un condotto 26 di ingresso che viene collegato in serie ad un condotto proveniente dal filtro 7 aria, ed un condotto 27 di uscita che viene collegato in serie al condotto 6 di aspirazione. The three-way mixing device 23 connects the intake duct 6 with the EGR duct 22. According to what is better illustrated in Figure 2, the mixing device 23 comprises an inlet duct 25 which is connected in series to the EGR duct 22, a duct 26 which is connected in series to a duct coming from the air filter 7, and an outlet duct 27 which is connected in series to the intake duct 6.
Come illustrato nella figura 3, il condotto 25 di ingresso forma un angolo retto con il condotto 27 di uscita e forma un angolo ottuso con il condotto 26 di ingresso, ed il condotto 26 di ingresso forma un angolo acuto con il condotto 27 di uscita. Lungo il condotto 25 di ingresso ? disposta una valvola 28 a farfalla principale che varia la luce di passaggio del condotto 25 di ingresso stesso, e lungo il condotto 26 di ingresso ? disposta una valvola 29 a farfalla secondaria che varia la luce di passaggio del condotto 26 di ingresso stesso. La valvola 28 a farfalla principale comprende un piattello 30 a farfalla ed un albero 31 che supporta il piattello 30 a farfalla ed ? montato girevole. Analogamente, la valvola 29 a farfalla secondaria comprende un piattello 32 a farfalla ed un albero 33 che supporta il piattello 32 a farfalla ed ? montato girevole. As illustrated in FIG. 3, the inlet conduit 25 forms a right angle with the outlet conduit 27 and forms an obtuse angle with the inlet conduit 26, and the inlet conduit 26 forms an acute angle with the outlet conduit 27. Along the inlet duct 25? a main throttle valve 28 is arranged which varies the passage opening of the inlet duct 25 itself, and along the inlet duct 26? a secondary throttle valve 29 is arranged which varies the passage opening of the inlet duct 26 itself. The main throttle valve 28 comprises a throttle plate 30 and a shaft 31 which supports the throttle plate 30 and? mounted swivel. Similarly, the secondary throttle valve 29 comprises a throttle plate 32 and a shaft 33 which supports the throttle plate 32 and? mounted swivel.
Come illustrato nella figura 3, il dispositivo 23 miscelatore comprende un dispositivo 34 attuatore comune che comanda sia la valvola 28 a farfalla principale, sia la valvola 29 a farfalla secondaria. In particolare, il dispositivo 34 attuatore comprende un unico motore 35 elettrico comune che imprime il moto ad entrambe le valvole 28 e 29 a farfalla, ed un elemento 36 di collegamento, il quale stabilisce un collegamento meccanico tra la valvola 29 a farfalla secondaria e la valvola 28 a farfalla principale in modo tale che le posizioni delle due valvole 28 e 29 a farfalla siano tra loro meccanicamente vincolate. Secondo una preferita forma di attuazione, il motore 35 elettrico comune trasmette il moto alla valvola 28 a farfalla principale e quindi controlla direttamente la posizione della valvola 28 a farfalla principale stessa; a sua volta, la valvola 28 a farfalla principale trasmette il moto alla valvola 29 a farfalla secondaria attraverso l?elemento 36 di collegamento che vincola la posizione della valvola 28 a farfalla principale alla posizione della valvola 29 a farfalla secondaria. In altre parole, la valvola 28 a farfalla principale funge da ?master? mentre la valvola 29 a farfalla secondaria funge da ?slave? copiando la posizione della valvola 28 a farfalla principale grazie all?azione dell?elemento 36 di collegamento. In particolare, il dispositivo 34 attuatore comprende una trasmissione 37 ad ingranaggi che trasmette il moto da un albero del motore 35 elettrico all?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale. As illustrated in Figure 3, the mixing device 23 comprises a common actuator device 34 which controls both the main throttle valve 28 and the secondary throttle valve 29. In particular, the actuator device 34 comprises a single common electric motor 35 which gives motion to both throttle valves 28 and 29, and a connection element 36, which establishes a mechanical connection between the secondary throttle valve 29 and the main throttle valve 28 in such a way that the positions of the two throttle valves 28 and 29 are mechanically constrained to each other. According to a preferred embodiment, the common electric motor 35 transmits motion to the main throttle valve 28 and therefore directly controls the position of the main throttle valve 28 itself; in turn, the main throttle valve 28 transmits motion to the secondary throttle valve 29 through the connecting element 36 which constrains the position of the main throttle valve 28 to the position of the secondary throttle valve 29. In other words, the main throttle 28 acts as the? Master? while the secondary throttle valve 29 acts as a? slave? copying the position of the main throttle valve 28 thanks to the action of the connecting element 36. In particular, the actuator device 34 comprises a gear transmission 37 which transmits motion from a shaft of the electric motor 35 to the shaft 31 of the main throttle valve 28.
La trasmissione 37 ad ingranaggi comprende una ruota 38 dentata iniziale solidale all?albero del motore 35 elettrico, una ruota 39 dentata finale solidale all?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale, ed una ruota 40 dentata intermedia e folle interposta tra la ruota 38 dentata iniziale solidale all?albero del motore 35 elettrico e la ruota 39 dentata finale solidale all?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale. La ruota 40 dentata intermedia presenta una prima corona di denti di piccolo diametro che ? accoppiata alla ruota 38 dentata iniziale ed una seconda corona di denti di grande diametro che ? accoppiata alla ruota 39 dentata finale. Complessivamente, la trasmissione 37 ad ingranaggi presenta un rapporto di trasmissione che demoltiplica la velocit? di rotazione del motore 35 elettrico (cio? il motore 35 elettrico ruota pi? velocemente dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale). The gear transmission 37 comprises an initial toothed wheel 38 integral with the shaft of the electric motor 35, a final toothed wheel 39 integral with the shaft 31 of the main throttle valve 28, and an intermediate and idle toothed wheel 40 interposed between the wheel 38 initial toothed tooth integral with the shaft of the electric motor 35 and the final toothed wheel 39 integral with the shaft 31 of the main throttle valve 28. The intermediate toothed wheel 40 has a first ring of small diameter teeth which? coupled to the initial toothed wheel 38 and a second ring of large diameter teeth which? coupled to the final toothed wheel 39. Overall, the gear transmission 37 has a gear ratio that reduces the speed? rotation of the electric motor 35 (ie the electric motor 35 rotates faster than the shaft 31 of the main throttle valve 28).
Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l?elemento 36 di collegamento comprende un braccio 41 rigido presentante una estremit? 42 che ? collegata in modo eccentrico all?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale ed una estremit? 43 che ? opposta alla estremit? 42 ed ? collegata in modo eccentrico all?albero 33 della valvola 29 a farfalla secondaria. L?estremit? 43 del braccio 41 presenta una sede 44 allungata che ? impegnata in modo girevole e scorrevole da un perno 45 eccentrico che ? solidale all?albero 33 della valvola 29 a farfalla secondaria ed ? supportato da una piastra 46 solidale all?albero 33 stesso; inoltre, l?estremit? 42 del braccio 41 ? incernierata in modo eccentrico all?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale ed in particolare ? incernierata alla ruota 39 dentata finale che ? solidale all?albero 31 stesso. Il braccio 41 rigido presenta un primo tratto che comprende l?estremit? 42, ed un secondo tratto che comprende l?estremit? 43 e la sede 44 allungata, ? pi? corto del primo tratto e forma un angolo ottuso con il primo tratto. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, l?elemento 36 di collegamento comprende una cascata di ingranaggi che vincola la posizione angolare dell?albero 33 della valvola 29 a farfalla secondaria alla posizione angolare dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale. According to a preferred embodiment illustrated in the attached figures, the connecting element 36 comprises a rigid arm 41 having one end. 42 what? connected in an eccentric way to the shaft 31 of the main throttle valve 28 and one end? 43 what? opposite to the extremity? 42 and? eccentrically connected to shaft 33 of the secondary throttle valve 29. The end 43 of the arm 41 has an elongated seat 44 which? engaged in a rotatable and sliding manner by an eccentric pin 45 which? integral with shaft 33 of the secondary throttle valve 29 and? supported by a plate 46 integral with the shaft 33 itself; moreover, the extremity? 42 of arm 41? hinged in an eccentric way to the shaft 31 of the main throttle valve 28 and in particular? hinged to the final toothed wheel 39 which? integral with the shaft 31 itself. The rigid arm 41 has a first section which includes the end? 42, and a second trait that includes the extremity? 43 and the seat 44 elongated,? pi? short of the first section and forms an obtuse angle with the first section. According to a different embodiment not shown, the connecting element 36 comprises a gear cascade which constrains the angular position of the shaft 33 of the secondary throttle valve 29 to the angular position of the shaft 31 of the main throttle valve 28.
Nella forma di attuazione illustrata, il dispositivo 34 attuatore impartisce alle valvole 28 e 29 a farfalla una legge di moto in cui quando la valvola 28 a farfalla principale ? completamente chiusa la valvola 29 a farfalla secondaria ? completamente aperta e viceversa; inoltre, il dispositivo 34 attuatore mantiene la valvola 29 a farfalla secondaria completamente aperta fino a quando la valvola 28 a farfalla principale non raggiunge una posizione predeterminata di parziale apertura. Quando sopra descritto ? illustrato nella figura 4, in cui in funzione della posizione ? dell?albero del motore 35 elettrico (riportata in ascissa) viene mostrato con linea punteggiata l?andamento della posizione (cio? del grado di apertura/chiusura) della valvola 29 a farfalla secondaria e con linea continua l?andamento della posizione (cio? del grado di apertura/chiusura) della valvola 28 a farfalla principale. Nella figura 4 ? evidente che quando la valvola 28 a farfalla principale ? completamente chiusa la valvola 29 a farfalla secondaria ? completamente aperta e viceversa; inoltre, la valvola 29 a farfalla secondaria rimane completamente aperta fino al raggiungimento di una posizione predeterminata di parziale apertura della valvola 28 a farfalla principale e solo successivamente inizia a chiudersi. In the illustrated embodiment, the actuator device 34 imparts to the throttle valves 28 and 29 a law of motion in which when the main throttle valve 28? the secondary throttle valve 29 completely closed? completely open and vice versa; furthermore, the actuator device 34 keeps the secondary butterfly valve 29 completely open until the main butterfly valve 28 reaches a predetermined position of partial opening. When described above? shown in Figure 4, where as a function of the position? of the shaft of the electric motor 35 (shown on the abscissa) the trend of the position (i.e. of the degree of opening / closing) of the secondary throttle valve 29 is shown with a dotted line and with a continuous line the trend of the position (i.e. opening / closing degree) of the main throttle valve 28. In Figure 4? evident that when the main throttle 28? the secondary throttle valve 29 completely closed? completely open and vice versa; moreover, the secondary butterfly valve 29 remains completely open until a predetermined position of partial opening of the main butterfly valve 28 is reached and only subsequently begins to close.
E? importante osservare che la relazione tra la posizione della valvola 28 a farfalla principale e la posizione della valvola 29 a farfalla secondaria ? facilmente modificabile variando la conformazione (forma e/o le dimensioni) del braccio 41 dell?elemento 36 di collegamento; quindi la relazione tra la posizione della valvola 28 a farfalla principale e la posizione della valvola 29 a farfalla secondaria illustrata nella figura 4 ? solo un esempio di una delle tante relazioni ottenibili mediante il dispositivo 34 attuatore. Ad esempio, la relazione tra la posizione della valvola 28 a farfalla principale e la posizione della valvola 29 a farfalla secondaria pu? venire facilmente modificata semplicemente variando l?angolo tra i due tratti del braccio 41 e/o variando la lunghezza dei due tratti del braccio 41. In questo modo, con una semplice modifica al braccio 41 dell?elemento 36 di collegamento ? possibile modificare in modo anche sostanziale le caratteristiche della miscelazione dei gas di scarico presenti nel condotto 25 di ingresso con l?aria fresca presente nel condotto 26 di ingresso. AND? It is important to note that the relationship between the position of the main throttle 28 and the position of the secondary throttle 29? easily modifiable by varying the conformation (shape and / or dimensions) of the arm 41 of the connecting element 36; then the relationship between the position of the main throttle 28 and the position of the secondary throttle 29 shown in FIG. 4? just an example of one of the many relations obtainable by means of the actuator device 34. For example, the relationship between the position of the main throttle valve 28 and the position of the secondary throttle 29 can? be easily modified simply by varying the angle between the two portions of the arm 41 and / or by varying the length of the two portions of the arm 41. In this way, with a simple modification to the arm 41 of the connecting element 36? It is also possible to substantially modify the characteristics of the mixing of the exhaust gases present in the inlet duct 25 with the fresh air present in the inlet duct 26.
Secondo una possibile forma di attuazione non illustrata, il dispositivo 34 attuatore comprende anche una molla di ritorno che tende a spingere le valvole 28 e 29 a farfalla verso una posizione neutra in cui la valvola 29 a farfalla secondaria ? completamente aperta e la valvola 28 a farfalla principale ? completamente chiusa quindi in completa assenza di gas di scarico ricircolati nel condotto 6 di aspirazione. In caso di malfunzionamento del motore 35 elettrico, la molla di ritorno garantisce che le valvole 28 e 29 a farfalla vengono spostate e mantenute nella posizione neutra priva di gas di scarico ricircolati nel condotto 6 di aspirazione. According to a possible embodiment not shown, the actuator device 34 also comprises a return spring which tends to push the butterfly valves 28 and 29 towards a neutral position in which the secondary butterfly valve 29? fully open and the main throttle 28? completely closed therefore in the complete absence of exhaust gases recirculated in the intake duct 6. In the event of malfunction of the electric motor 35, the return spring ensures that the throttle valves 28 and 29 are moved and maintained in the neutral position free from exhaust gases recirculated in the intake duct 6.
Secondo quanto illustrato nella figura 6, l?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale presenta una porzione 47 esterna che fuoriesce dal condotto 25 di ingresso (attraverso un foro passante provvisto di una guarnizione) per accoppiarsi con il dispositivo 34 attuatore; analogamente anche l?albero 33 della valvola 29 a farfalla secondaria presenta una porzione 48 esterna che fuoriesce dal condotto 26 di ingresso (attraverso un foro passante provvisto di una guarnizione) per accoppiarsi con il dispositivo 34 attuatore. Il dispositivo 34 attuatore comprende una scatola 49, all?interno della quale penetrano la porzione 47 esterna dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale e la porzione 48 esterna dell?albero 33 della valvola 29 a farfalla secondaria. All?interno della scatola 49 sono inoltre alloggiati l?elemento 36 di collegamento, il motore 35 elettrico, e la trasmissione 37 ad ingranaggi. La scatola 49 ? provvista di un coperchio 50 rimovibile che ? dotato di una guarnizione anulare per garantire una adeguata tenuta. Inoltre, la scatola 49 presenta un alloggiamento 51 cilindrico che si estende perpendicolarmente ad una parete 52 di fondo della scatola 49 ed alloggia al proprio interno il motore 35 elettrico. La parete 52 di fondo della scatola 49 presenta due fori (non illustrati) passanti per permettere il passaggio degli alberi 31 e 23 delle valvole 28 e 29 a farfalla. As illustrated in Figure 6, the shaft 31 of the main butterfly valve 28 has an external portion 47 which protrudes from the inlet duct 25 (through a through hole provided with a gasket) to couple with the actuator device 34; similarly, the shaft 33 of the secondary butterfly valve 29 also has an external portion 48 which protrudes from the inlet duct 26 (through a through hole provided with a gasket) to couple with the actuator device 34. The actuator device 34 comprises a box 49, inside which the outer portion 47 of the shaft 31 of the main throttle valve 28 and the outer portion 48 of the shaft 33 of the secondary throttle valve 29 penetrate. The connection element 36, the electric motor 35, and the gear transmission 37 are also housed inside the box 49. Box 49? equipped with a removable lid 50 which? equipped with an annular gasket to ensure adequate sealing. Furthermore, the box 49 has a cylindrical housing 51 which extends perpendicularly to a bottom wall 52 of the box 49 and houses the electric motor 35 inside it. The bottom wall 52 of the box 49 has two through holes (not shown) to allow the passage of the shafts 31 and 23 of the butterfly valves 28 and 29.
Secondo una preferita forma di attuazione, la scatola 49 ? supportata unicamente dal condotto 26 di ingresso (cio? non tocca in alcun modo il condotto 25 di ingresso ed anzi ? disposta ad una certa distanza dal condotto 25 di ingresso stesso). Inoltre, la scatola 49 ? indipendente e separabile dal condotto 26 di ingresso ed ? fissata al condotto 26 di ingresso mediante viti. According to a preferred embodiment, the box 49? supported solely by the inlet duct 26 (that is, it does not in any way touch the inlet duct 25 and on the contrary is arranged at a certain distance from the inlet duct 25 itself). Also, box 49? independent and separable from the inlet duct 26 and? fixed to the inlet duct 26 by screws.
Grazie al fatto che la scatola 49 ? separata dal condotto 25 di ingresso, il calore del condotto 25 di ingresso pu? venire trasmesso alla scatola 49 unicamente per irraggiamento o convezione e non per conduzione; in questo modo ? possibile limitare il surriscaldamento della scatola 49. Per ridurre ulteriormente la trasmissione del calore dal condotto 25 di ingresso alla scatola 49 ed alla trasmissione 37 ad ingranaggi, almeno una parte della porzione 47 esterna dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale ? costituita di materiale termicamente isolante; in particolare, la porzione 47 esterna dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale comprende un inserto 53 in materiale termicamente isolante ed in particolare in materiale refrattario (tipicamente ceramico). E? importante osservare che l?inserto 53 ha sia la funzione di isolamento termico (cio? di ostacolare la trasmissione del calore per conduzione lungo l?albero 31 e verso la scatola 49 e la trasmissione 37 ad ingranaggi), sia la funzione di trasmissione del moto (cio? di trasmettere il movimento di rotazione lungo l?albero 31 tra il piattello 30 a farfalla e la trasmissione 37 ad ingranaggi). Thanks to the fact that the box 49? separated from the inlet duct 25, the heat of the inlet duct 25 can? be transmitted to box 49 only by radiation or convection and not by conduction; so ? It is possible to limit the overheating of the box 49. To further reduce the transmission of heat from the inlet conduit 25 to the box 49 and to the gear transmission 37, at least a part of the outer portion 47 of the shaft 31 of the main throttle valve 28? made of thermally insulating material; in particular, the outer portion 47 of the shaft 31 of the main butterfly valve 28 comprises an insert 53 of thermally insulating material and in particular of refractory material (typically ceramic). AND? It is important to note that the insert 53 has both the function of thermal insulation (that is, of hindering the transmission of heat by conduction along the shaft 31 and towards the box 49 and the transmission 37 with gears), and the function of transmitting the motion (that is to transmit the rotation movement along the shaft 31 between the butterfly plate 30 and the gear transmission 37).
Secondo quanto illustrato nella figura 8, l?inserto 53 in materiale termicamente isolante costituisce una parte della porzione 47 esterna dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale ed ? interposto tra due sezioni della porzione 47 esterna in modo da separare termicamente le due sezioni della porzione 47 esterna (cio? impedendo una trasmissione del calore per conduzione) mantenendo una continuit? meccanica dell?albero 31 per trasmettere il movimento di rotazione lungo l?albero 31 tra il piattello 30 a farfalla e la trasmissione 37 ad ingranaggi. L?inserto 53 in materiale termicamente isolante si incastra meccanicamente da entrambi i lati sulle corrispondenti sezioni della porzione 47 esterna; gli incastri tra l?inserto 53 e le due sezioni della porzione 47 esterna presentano anche un vincolo angolare in modo da impedire la rotazione relativa tra l?inserto 53 e le due sezioni della porzione 47 esterna per trasmettere il movimento di rotazione lungo l?albero 31 tra il piattello 30 a farfalla e la trasmissione 37 ad ingranaggi. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 8, ciascun incastro tra l?inserto 53 ed una sezione della porzione 47 esterna comprende una protuberanza 54 conformata a croce che si eleva assialmente dall?inserto 53 e si inserisce all?interno di una sede 55 che ? ricavata nella sezione della porzione 47 esterna e riproduce in negativo la forma della protuberanza 54. As illustrated in Figure 8, the insert 53 made of thermally insulating material constitutes a part of the outer portion 47 of the shaft 31 of the main throttle valve 28 and? interposed between two sections of the outer portion 47 so as to thermally separate the two sections of the outer portion 47 (i.e. preventing heat transmission by conduction) while maintaining continuity. mechanics of the shaft 31 to transmit the rotational movement along the shaft 31 between the butterfly plate 30 and the gear transmission 37. The insert 53 made of thermally insulating material is mechanically interlocked on both sides on the corresponding sections of the external portion 47; the joints between the insert 53 and the two sections of the external portion 47 also have an angular constraint so as to prevent relative rotation between the insert 53 and the two sections of the external portion 47 to transmit the rotation movement along the shaft 31 between the throttle plate 30 and the gear transmission 37. According to the embodiment illustrated in Figure 8, each joint between the insert 53 and a section of the outer portion 47 comprises a cross-shaped protuberance 54 which rises axially from the insert 53 and fits inside a seat 55 which ? obtained in the section of the external portion 47 and reproduces in negative the shape of the protuberance 54.
Secondo quanto illustrato nelle figure 5, 6 e 7, per aumentare il raffreddamento del motore 35 elettrico (che si riscalda sia per effetto del calore proveniente dal condotto 25 di ingresso, sia per effetto del calore generato in uso all?interno del motore 35 elettrico stesso), l?alloggiamento 51 cilindrico ? provvisto di una pluralit? di alette 56 di raffreddamento, le quali collegano termicamente una parete dell?alloggiamento 51 cilindrico ad una parete del condotto 26 di ingresso. In particolare, ciascuna aletta 54 di raffreddamento ? disposta radialmente rispetto all?alloggiamento 51 cilindrico ed abbraccia completamente l?alloggiamento 51 cilindrico stesso. As illustrated in figures 5, 6 and 7, to increase the cooling of the electric motor 35 (which heats up both due to the effect of the heat coming from the inlet duct 25, and to the effect of the heat generated in use inside the electric motor 35 itself), the cylindrical housing 51? provided with a plurality? of cooling fins 56, which thermally connect a wall of the cylindrical housing 51 to a wall of the inlet duct 26. Specifically, each cooling fin 54? arranged radially with respect to the cylindrical housing 51 and completely embraces the cylindrical housing 51 itself.
Inoltre, per cercare di raffreddare il condotto 25 di ingresso in prossimit? della scatola 49 al fine di ridurre la trasmissione del calore dal condotto 25 di ingresso alla scatola 49 (quindi alla trasmissione 37 ad ingranaggi e soprattutto al motore 35 elettrico), il condotto 25 di ingresso ? provvisto di una pluralit? di alette 57 di raffreddamento preferibilmente disposte assialmente (cio? parallelamente all?asse centrale del condotto 25 di ingresso). Furthermore, in order to try to cool the inlet duct 25 in the vicinity? of the box 49 in order to reduce the transmission of heat from the inlet duct 25 to the box 49 (therefore to the gear transmission 37 and above all to the electric motor 35), the inlet duct 25? provided with a plurality? of cooling fins 57 preferably arranged axially (ie parallel to the central axis of the inlet duct 25).
Il sopra descritto dispositivo 23 miscelatore presenta numerosi vantaggi. The above-described mixing device 23 has numerous advantages.
In primo luogo, il sopra descritto dispositivo 23 miscelatore ? di semplice ed economica realizzazione, in quanto con un unico motore 35 elettrico permette di comandare in modo adeguato sia la valvola 28 a farfalla principale, sia la valvola 29 a farfalla secondaria. First, the aforementioned mixing device 23? of simple and economical construction, since with a single electric motor 35 it allows to adequately control both the main throttle valve 28 and the secondary throttle valve 29.
Inoltre, grazie alla presenza della valvola 28 a farfalla principale lungo il condotto 25 di ingresso e della valvola 29 a farfalla secondaria lungo il condotto 26 di ingresso, ? possibile regolare sempre in modo ottimale la miscelazione dell?aria fresca presente nel condotto 26 di ingresso con i gas di scarico presenti nel condotto 25 di ingresso. In particolare, chiudendo completamente o quasi completamente la valvola 29 a farfalla secondaria ? possibile immettere nel condotto 6 di aspirazione una portata dei gas di scarico particolarmente elevata e sempre regolabile con estrema precisione. Furthermore, thanks to the presence of the main throttle valve 28 along the inlet duct 25 and of the secondary throttle valve 29 along the inlet duct 26,? It is always possible to optimally adjust the mixing of the fresh air present in the inlet duct 26 with the exhaust gases present in the inlet duct 25. Specifically, by closing the secondary throttle valve 29 completely or almost completely? It is possible to introduce a particularly high flow rate of the exhaust gases into the intake duct 6 which is always adjustable with extreme precision.
Nel sopra descritto dispositivo 23 miscelatore risulta semplice modificare le caratteristiche della miscelazione dei gas di scarico presenti nel condotto EGR 22 con l?aria fresca presente nel condotto 6 di aspirazione modificando la relazione tra la posizione della valvola 28 a farfalla principale e la posizione della valvola 29 a farfalla secondaria mediante un semplice sostituzione del braccio 41 dell?elemento 36 di collegamento (braccio 41 che presenta un costo di sostituzione molto contenuto). In the mixing device 23 described above, it is easy to modify the characteristics of the mixing of the exhaust gases present in the EGR duct 22 with the fresh air present in the intake duct 6 by modifying the relationship between the position of the main throttle valve 28 and the position of the valve. 29 to secondary throttle by simply replacing the arm 41 of the connecting element 36 (arm 41 which has a very low replacement cost).
Il sopra descritto dispositivo 23 miscelatore presenta una elevata affidabilit? nel tempo, in quanto il motore 35 elettrico ? adeguatamente protetto da eccessivi surriscaldamenti dovuti essenzialmente dal calore trasmesso dal condotto 25 di ingresso che viene riscaldato dai gas di scarico che presentano indicativamente una temperatura di almeno 350-400 ?C. La protezione termica del motore 35 elettrico ? ottenuta creando una separazione tra la scatola 49 ed il condotto 25 di ingresso, inserendo l?inserto 53 in materiale termicamente isolante nella porzione 47 esterna dell?albero 31 della valvola 28 a farfalla principale, realizzando le alette 56 di raffreddamento tra l?alloggiamento 51 ed il condotto 26 di ingresso, e realizzando le alette 57 di raffreddamento del condotto 25 di ingresso. The above described mixing device 23 has a high reliability. over time, as the 35 electric motor? adequately protected from excessive overheating essentially due to the heat transmitted by the inlet duct 25 which is heated by the exhaust gases which indicatively have a temperature of at least 350-400 ° C. The thermal protection of the 35 electric motor? obtained by creating a separation between the box 49 and the inlet duct 25, inserting the insert 53 of thermally insulating material in the external portion 47 of the shaft 31 of the main throttle valve 28, making the cooling fins 56 between the housing 51 and the inlet duct 26, and making the cooling fins 57 of the inlet duct 25.
Infine, il dispositivo 23 miscelatore presenta una struttura modulare, in quanto il dispositivo 34 attuatore ? completamente contenuto nella scatola 49 che ? separabile dai condotti 25 e 26 di ingresso e dal condotto 27 di uscita; in questo modo, la stessa scatola 49 (cio? lo stesso dispositivo 34 attuatore) pu? venire montata su condotti 25, 26 e 27 di dimensione variabile in modo da realizzare una ampia gamma di dispositivi 23 miscelatori che si differenziano tra loro per la portata utile. Finally, the mixing device 23 has a modular structure, since the actuator device 34? completely contained in the box 49 that? separable from the inlet ducts 25 and 26 and from the outlet duct 27; in this way, the same box 49 (that is, the same actuator device 34) can? be mounted on ducts 25, 26 and 27 of variable size so as to create a wide range of mixing devices 23 which differ from each other in the useful flow rate.
Claims (22)
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