ITMI20091799A1 - EGR VALVE FOR LOW PRESSURE TYPE APPLICATIONS, IN THE TECHNIQUE OF CONTROLLED RECIRCULATION OF COMBUSTIAL GASES IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES. - Google Patents
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Description
VALVOLA EGR PER APPLICAZIONI DI TIPO LOW PRESSURE, NELLA TECNICA DEL RICIRCOLO CONTROLLATO DI GAS COMBUSTI IN MOTORI A COMBU-STIONE INTERNA EGR VALVE FOR LOW PRESSURE APPLICATIONS, IN THE TECHNIQUE OF CONTROLLED RECIRCULATION OF COMBUSED GAS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DESCRIZIONE DESCRIPTION
CAMPO DELL’INVENZIONE FIELD OF INVENTION
L’invenzione riguarda un sistema che consente di implementare il ricircolo controllato dei gas di scarico in un motore a combustione interna Diesel sovralimentato e munito di sistemi che effettuano un trattamento dei gas di scarico (come nel caso dei catalizzatori e dei filtri antiparticolato o DPF) al fine di ripulirli prima di immetterli in atmosfera. The invention relates to a system that allows to implement the controlled recirculation of exhaust gases in a supercharged diesel internal combustion engine equipped with systems that carry out an exhaust gas treatment (as in the case of catalysts and particulate filters or DPF ) in order to clean them before putting them in the atmosphere.
Più precisamente, l’ambito tecnico entro cui si colloca l’invenzione à ̈ quello dei sistemi di ricircolo dei gas di scarico in bassa pressione, di seguito indicati con l’espressione EGR (acronimo di “Exhaust Gas Recycling†ovvero “Ricircolazione dei gas di scarico†) Long Route. More precisely, the technical field within which the invention is located is that of low pressure exhaust gas recirculation systems, hereinafter indicated with the expression EGR (acronym of â € œExhaust Gas Recyclingâ € or â € œExhaust gas recirculationâ €) Long Route.
Il ricircolo dei gas combusti à ̈ un metodo assai efficace per l’abbassamento della temperatura di combustione e la conseguente riduzione degli ossidi di azoto. Esso consente, infatti, di diluire la carica di aria in aspirazione con i gas di scarico, precedentemente prodotti, che non partecipano alla reazione di combustione, ovvero vi partecipano solo per quella aliquota definita “incombusta†. L’impiego dei gas di EGR à ̈ particolarmente utile ai regimi medio-bassi; mentre à ̈ invece controproducente in tutte quelle situazioni in cui à ̈ richiesta maggiore potenza; in questo caso il flusso di EGR deve essere interrotto, ed à ̈ fondamentale che la valvola preposta presenti una tenuta ottimale, con trafilaggi pressoché nulli The recirculation of flue gases is a very effective method for lowering the combustion temperature and the consequent reduction of nitrogen oxides. It allows, in fact, to dilute the intake air charge with the exhaust gases, previously produced, which do not participate in the combustion reaction, or rather participate in it only for that rate defined as â € œincombustedâ €. The use of EGR gases is particularly useful at medium-low engine speeds; while it is instead counterproductive in all those situations in which greater power is required; in this case the EGR flow must be interrupted, and it is essential that the valve in charge has an optimal seal, with practically no leakage
I vantaggi dei sistemi EGR Long Route sono molteplici: The advantages of Long Route EGR systems are many:
a) favoriscono la riduzione degli ossidi di azoto; a) favor the reduction of nitrogen oxides;
b) i gas ricircolati sono quasi esenti da particelle carboniose in quanto prelevati a valle del DPF; b) the recirculated gases are almost free from carbonaceous particles as they are taken downstream of the DPF;
c) i gas ricircolati hanno temperatura inferiore rispetto a quella di uscita dalla camera di combustione; c) the recirculated gases have a lower temperature than the one leaving the combustion chamber;
d) diluizione della carica fresca; d) dilution of the fresh batch;
e) sistema facilmente applicabile alla configurazione del motore; A fronte di tali vantaggi l’applicazione della tecnica del ricircolo controllato dei gas combusti mediante sistemi del tipo Long Route presenta notevoli difficoltà . A tal proposito si osserva che il percorso dei gas di scarico si articola tra punti a bassa pressione e ciò richiede che il circuito sia caratterizzato da un’elevata permeabilità al flusso di gas. In questo ambito le convenzionali valvole a fungo presentano evidenti limiti di applicabilità . Infatti, sebbene tali valvole garantiscano una elevata resistenza al trafilamento, per contro esse sono poco efficienti in termini di portata massima elaborata e questo sia per il valore contenuto del coefficiente di efflusso, sia per i limiti imposti dall’alzata massima della valvola stessa. e) system easily applicable to the engine configuration; In view of these advantages, the application of the technique of controlled recirculation of flue gases by means of Long Route type systems presents considerable difficulties. In this regard, it is observed that the path of the exhaust gases is articulated between low pressure points and this requires that the circuit be characterized by a high permeability to the gas flow. In this context, conventional poppet valves have obvious limits of applicability. In fact, although these valves guarantee a high resistance to leakage, on the other hand they are not very efficient in terms of the maximum flow rate processed and this is due both to the contained value of the outflow coefficient and to the limits imposed by the maximum lift of the valve itself.
Per applicazioni EGR del tipo Low Pressure, ovvero di ricircolo dei gas di scarico in bassa pressione, si rendono pertanto necessari sistemi che consentano di elaborare elevate portate di gas e che, allo stesso tempo, garantiscano una elevata resistenza al trafilamento dei gas di scarico. Le prestazioni dei sistemi EGR del tipo Long Route possono essere notevolmente incrementate se si dispone della possibilità di influenzare la fluidodinamica dei sistemi di aspirazione e/o di scarico nella maniera più opportuna e funzionale agli scopi. For EGR applications of the Low Pressure type, that is the recirculation of exhaust gases at low pressure, systems are therefore necessary that allow the processing of high gas flow rates and which, at the same time, guarantee a high resistance to exhaust gas leakage. The performance of Long Route EGR systems can be considerably increased if it is possible to influence the fluid dynamics of the intake and / or exhaust systems in the most appropriate and functional way.
La presente invenzione propone innovazioni in merito: al sistema per attuare il ricircolo controllato dei gas di scarico in bassa pressione, alla modalità per ottimizzare le prestazioni del sistema influenzando la fluidodinamica dei sistemi di aspirazione e/o scarico. The present invention proposes innovations regarding: the system for implementing the controlled recirculation of exhaust gases at low pressure, the way to optimize the performance of the system by influencing the fluid dynamics of the intake and / or exhaust systems.
STATO DELLA TECNICA ANTERIORE STATE OF THE PRIOR ART
Valvole EGR che consentono di implementare la tecnica del ricircolo controllato dei gas di scarico sono già note. EGR valves that allow to implement the technique of controlled exhaust gas recirculation are already known.
Il documento US - 7.267.139 illustra una valvola EGR Long Route in cui sono presenti due elementi di regolazione del tipo a farfalla. In particolare un primo elemento, nel seguito indicato quale farfalla 7a (vedi numerazione in fig. 1 del documento citato), controlla il flusso dei gas di EGR, mentre un secondo elemento, nel seguito indicato quale farfalla 7b, controlla il flusso d’aria in aspirazione del motore. Quando sono richieste piccole portate di EGR interviene, nella regolazione, la sola farfalla 7a, mentre la farfalla 7b viene tenuta nella configurazione di completa apertura. Portate maggiori di EGR vengono ottenute chiudendo opportunamente la farfalla 7b e lasciando la farfalla 7a completamente aperta. Ciò crea una maggiore depressione a valle della farfalla 7a, capace di richiamare attraverso quest’ultima portate maggiori di gas, proporzionali alla depressione creata. Quindi la combinazione di chiusura dell’elemento a farfalla 7b (che crea una variazione della depressione nel collettore di aspirazione) e dell’apertura della farfalla 7a permette di avere portate variabili di EGR e di controllare anche portate molto piccole. Le valvole a farfalla sono azionate da un unico sistema di attuazione il cui azionamento à ̈ di tipo elettrico. Il sistema à ̈ progettato in modo che almeno una delle due farfalle à ̈ sempre aperta ed attraverso il motore elettrico à ̈ possibile regolare le due valvole una alla volta. Document US - 7,267,139 illustrates a Long Route EGR valve in which there are two throttle type adjustment elements. In particular, a first element, hereinafter referred to as butterfly 7a (see numbering in fig. 1 of the cited document), controls the flow of EGR gases, while a second element, hereinafter referred to as butterfly 7b, controls the flow of air in the engine intake. When small EGR flow rates are required, only the throttle 7a intervenes in the adjustment, while the throttle 7b is kept in the fully open configuration. Flow rates greater than EGR are obtained by suitably closing the throttle 7b and leaving the throttle 7a completely open. This creates a greater depression downstream of the butterfly 7a, capable of recalling through the latter greater flow rates of gas, proportional to the depression created. Therefore, the combination of closing the throttle element 7b (which creates a variation of the depression in the intake manifold) and the opening of the throttle 7a allows for variable EGR flow rates and to control even very small flow rates. The butterfly valves are operated by a single actuation system whose operation is of the electric type. The system is designed so that at least one of the two butterflies is always open and through the electric motor it is possible to adjust the two valves one at a time.
Questa soluzione presenta evidentemente lo svantaggio di risultare eccessivamente ingombrante e costosa; inoltre, se da un lato le valvole a farfalla hanno il pregio di una buona permeabilità , dall’altro non consentono di ottenere buone prestazioni in termini di resistenza al trafilamento dei gas nelle condizioni di lavoro in cui – come accennato sopra - non si intenda attivare il ricircolo di EGR. This solution obviously has the disadvantage of being excessively bulky and expensive; moreover, if on the one hand the butterfly valves have the advantage of a good permeability, on the other hand they do not allow to obtain good performances in terms of resistance to gas leakage in the working conditions in which - as mentioned above - do not you intend to activate EGR recirculation.
Nel documento US - 6.880.572 si propone una valvola EGR molto più compatta che offre, al flusso di gas combusti, un’unica sezione di ingresso ed un’unica sezione di uscita. Tale valvola comprende un corpo-valvola in cui à ̈ collocato un unico elemento mobile indicato con 16 (nella numerazione di fig. 1 del documento citato), che à ̈ collegato all’alberino 18 di un sistema di attuazione. La portata di gas di scarico entra nel corpo-valvola attraverso la sezione di ingresso, indicata con 12, passa attraverso il condotto interno del corpo valvola ed esce attraverso la sezione di uscita indicata con 14. Document US - 6,880,572 proposes a much more compact EGR valve which offers a single inlet section and a single outlet section to the flue gas flow. This valve comprises a valve body in which a single movable element indicated with 16 is placed (in the numbering of fig. 1 of the cited document), which is connected to the shaft 18 of an actuation system. The exhaust gas flow enters the valve body through the inlet section, indicated with 12, passes through the internal duct of the valve body and exits through the outlet section indicated with 14.
Durante la manovra di chiusura l’alberino del sistema di attuazione viene ruotato in modo da realizzare l’accoppiamento tra la superficie di tenuta presente sull’elemento mobile 16, che ha una configurazione ad L, e la superficie della sede posta in corrispondenza della sezione di uscita 14. Quando la valvola à ̈ nella posizione di chiusura l’elemento mobile chiude il passaggio al flusso attraverso la porta di uscita. Viceversa durante la manovra di apertura l’alberino del sistema di attuazione viene ruotato in senso antiorario (rispetto al disegno di fig. 1 del documento citato) causando l’apertura della valvola. In posizione di completa apertura l’elemento mobile della valvola consente il passaggio dei gas di scarico attraverso il condotto ricavato nel corpo-valvola e quindi attraverso la sezione di uscita. In questa configurazione l’elemento mobile si allontana il più possibile dal condotto, nei limiti del campo di movimentazione previsto, comportando il minimo ingombro della zona di efflusso e massimizzando la permeabilità della valvola e quindi la portata. During the closing maneuver, the shaft of the actuation system is rotated so as to make the coupling between the sealing surface present on the mobile element 16, which has an L-shaped configuration, and the surface of the seat placed in correspondence to the outlet section 14. When the valve is in the closed position the moving element closes the passage to the flow through the outlet port. Vice versa, during the opening maneuver, the actuating system shaft is rotated counterclockwise (with respect to the drawing in fig. 1 of the cited document) causing the valve to open. In the fully open position, the mobile element of the valve allows the exhaust gases to pass through the duct made in the valve body and then through the outlet section. In this configuration, the mobile element moves as far away as possible from the duct, within the limits of the foreseen movement range, resulting in the minimum encumbrance of the outflow area and maximizing the permeability of the valve and therefore the flow rate.
Viceversa quando l’alberino dell’attuatore viene ruotato in modo da chiudere completamente la sezione di uscita della valvola, la superficie di tenuta dell’elemento mobile à ̈ accoppiata con la superficie della sede; in questo modo si ottiene una buona resistenza al trafilamento del gas, grazie anche alla forza esercitata dal flusso contro la superficie dell’elemento mobile affacciata verso il condotto. Conversely, when the actuator shaft is rotated so as to completely close the valve outlet section, the sealing surface of the moving element is coupled with the surface of the seat; in this way a good resistance to gas leakage is obtained, also thanks to the force exerted by the flow against the surface of the mobile element facing the duct.
Per quando riguarda le modalità di funzionamento, si osserva che la valvola EGR secondo US-6.880.572 à ̈ provvista di un azionamento di sicurezza in caso di avaria del dispositivo di attuazione. Infatti, in caso di malfunzionamento del sistema di attuazione la valvola rimane chiusa, poiché l’elemento mobile à ̈ sollecitato dal fluido in modo da assumere la configurazione corrispondente alla completa chiusura della valvola. Ciò avviene anche se il malfunzionamento si verifica quando la valvola à ̈ completamente aperta, in quanto il fluido esercita una spinta nei confronti dell’elemento mobile, al punto da causarne la rotazione e riportare la valvola in condizione di chiusura. La soluzione descritta presenta evidenti limiti di affidabilità dell’azionamento di sicurezza, in quanto esso à ̈ sostanzialmente operato dalla sola spinta del fluido. As regards the operating modes, it should be noted that the EGR valve according to US-6.880.572 is equipped with a safety drive in case of failure of the actuation device. In fact, in the event of a malfunction of the actuation system, the valve remains closed, since the moving element is stressed by the fluid so as to assume the configuration corresponding to the complete closure of the valve. This occurs even if the malfunction occurs when the valve is completely open, as the fluid exerts a thrust against the moving element, to the point of causing it to rotate and return the valve to the closed condition. The solution described has evident limits to the reliability of the safety actuation, as it is substantially operated by the thrust of the fluid alone.
Una disposizione ancora differente à ̈ discussa nel documento US – 2008/0029073, in cui si propone una valvola EGR che, come nel caso appena descritto, offre al flusso di gas combusti una sezione di ingresso ed una sezione di uscita. Tale valvola comprende un corpo-valvola, in cui à ̈ collocato un unico elemento mobile 20 (nella numerazione di fig. 1 del documento citato), che à ̈ collegato all’alberino 18 di un sistema di attuazione. Il sistema di attuazione si basa sull’impiego di un dispositivo di tipo elettrico, e prevede inoltre l’impiego di una trasmissione ad ingranaggi. Anche secondo tale soluzione la portata di gas di EGR entra nel corpo-valvola attraverso una sezione di ingresso, passa attraverso il condotto interno del corpo valvola ed esce attraverso una sezione di uscita. Inoltre, la configurazione della valvola prevede l’impiego di una molla torsionale in grado di esplicare una coppia opportuna durante le dinamiche di attuazione della valvola. A still different arrangement is discussed in the document US - 2008/0029073, in which an EGR valve is proposed which, as in the case just described, offers an inlet section and an outlet section to the flue gas flow. This valve comprises a valve body, in which a single movable element 20 is located (in the numbering of Fig. 1 of the cited document), which is connected to the shaft 18 of an actuation system. The actuation system is based on the use of an electrical device, and also provides for the use of a gear transmission. Also according to this solution, the EGR gas flow enters the valve body through an inlet section, passes through the internal duct of the valve body and exits through an outlet section. Furthermore, the configuration of the valve requires the use of a torsional spring capable of exerting a suitable torque during the valve actuation dynamics.
Nella configurazione di completa apertura l’elemento mobile della valvola ha una minima influenza nei confronti della portata dei gas di EGR; ciò à ̈ dovuto al fatto che, in corrispondenza della configurazione di valvola completamente aperta, esso si trova all’interno di un vano predisposto nel corpo valvola. In questo modo la valvola EGR à ̈ caratterizzata da una elevata permeabilità al flusso dei gas di EGR. In the fully open configuration, the mobile element of the valve has a minimal influence on the EGR gas flow rate; this is due to the fact that, in correspondence with the completely open valve configuration, it is located inside a compartment provided in the valve body. In this way the EGR valve is characterized by a high permeability to the flow of EGR gases.
La valvola à ̈ caratterizzata inoltre da una buona resistenza al trafilamento di gas per la presenza di un collegamento flessibile, ed allo stesso tempo resiliente, tra l’elemento mobile ed il disco su esso predisposto. Tale collegamento fa sì che, nella parte finale della manovra di chiusura, il disco si muova secondo una direzione che risulta pressoché parallela a quella del flusso di EGR con un risultante posizionamento accurato del disco sulla rispettiva sede. The valve is also characterized by a good resistance to gas leakage due to the presence of a flexible and at the same time resilient connection between the mobile element and the disk arranged on it. This connection means that, in the final part of the closing maneuver, the disc moves in a direction that is almost parallel to that of the EGR flow with resulting accurate positioning of the disc on its respective seat.
Questa valvola viene proposta per applicazioni in bassa pressione della tecnica del ricircolo controllato dei gas combusti. Per questi motivi, il documento US – 2008/0029073 viene qui considerato come tecnica nota più prossima alla presente invenzione. This valve is proposed for low pressure applications of the controlled flue gas recirculation technique. For these reasons, the document US - 2008/0029073 is considered here as a known art closest to the present invention.
PROBLEMA E SOLUZIONE PROBLEM AND SOLUTION
La presente invenzione si prefigge gli obiettivi di garantire elevate prestazioni in termini di tenuta, ovvero di resistenza al trafilamento di gas, quando la valvola à ̈ portata ad assumere la configurazione di chiusura; di offrire un’accurata regolazione della portata di gas di ricircolo; di poter elaborare portate elevate di gas quando la valvola à ̈ portata ad assumere la configurazione di apertura. Diversamente da US-2008/0029073, l’invenzione proposta presenta tre distinte zone di efflusso e, potendo influenzare le condizioni del campo di moto dal lato aspirazione o dal lato scarico, raggiunge migliori caratteristiche di permeabilità al flusso di gas. The present invention has the objectives of guaranteeing high performance in terms of tightness, that is, resistance to gas leakage, when the valve is brought to assume the closed configuration; to offer an accurate regulation of the recirculation gas flow rate; to be able to process high gas flow rates when the valve is brought to assume the opening configuration. Unlike US-2008/0029073, the proposed invention has three distinct outflow zones and, being able to influence the conditions of the flow field on the intake or exhaust side, it achieves better characteristics of permeability to the gas flow.
In particolare un primo problema consiste nel fornire una Valvola EGR per applicazioni in bassa pressione della tecnica del ricircolo controllato dei gas di scarico, che possieda le caratteristiche funzionali di elevata permeabilità al flusso di gas di ricircolo, di elevata resistenza al trafilamento, di accurata regolazione della portata di EGR e, in aggiunta, di consentire la parzializzazione dell’aria in aspirazione al motore, raggruppate in una singola unità costruttiva. In particular, a first problem consists in providing an EGR valve for low pressure applications of the controlled exhaust gas recirculation technique, which possesses the functional characteristics of high permeability to the recirculation gas flow, of high resistance to leakage, of accurate regulation. of the EGR flow rate and, in addition, to allow the partialization of the air inlet to the engine, grouped in a single construction unit.
Un secondo problema consiste nel fornire un sistema che addizionalmente alle sopramenzionate caratteristiche funzionali di elevata permeabilità , di elevata resistenza al trafilamento, di accurata regolazione della portata di EGR, consenta la parzializzazione della portata di gas in uscita dal sistema di scarico del motore senza per questo implicare onerose complicazioni della soluzione costruttiva del sistema stesso, tali caratteristiche risultando ancora raggruppate in una singola unità costruttiva. A second problem consists in providing a system which, in addition to the aforementioned functional characteristics of high permeability, high resistance to leakage, accurate regulation of the EGR flow rate, allows the partialization of the gas flow out of the engine exhaust system without thereby imply onerous complications of the constructive solution of the system itself, these characteristics still being grouped in a single constructive unit.
Dato che la configurazione dell’elemento mobile della valvola EGR secondo il documento US-2008/0029073 non à ̈ tuttavia tale da consentire una risoluzione accurata della regolazione della portata di EGR, costituisce ulteriore scopo della presente invenzione proporre un dispositivo che, oltre a possedere le citate caratteristiche di elevata permeabilità , di elevata resistenza al trafilamento, di consentire la parzializzazione del campo di moto lato aspirazione o lato scarico, consenta, più in particolare, un’accurata regolazione della portata di EGR con mezzi più semplici e meglio controllabili, ed utilizzando un unico attuatore. Since the configuration of the mobile element of the EGR valve according to the document US-2008/0029073 is not, however, such as to allow an accurate resolution of the EGR flow rate adjustment, a further aim of the present invention is to propose a device which, in addition to possessing the aforementioned characteristics of high permeability, high resistance to leakage, allowing the partialization of the motion field on the intake or exhaust side, allows, more specifically, an accurate regulation of the EGR flow rate with simpler and better controllable means , and using a single actuator.
In particolare un ulteriore problema consiste nel fornire un sistema in cui le sopramenzionate funzionalità operative sono conseguite predisponendo nella soluzione realizzativa della valvola EGR un unico elemento mobile azionato da un unico attuatore; tale elemento mobile, pertanto, assolve ad entrambi i compiti: quello di elemento di regolazione e quello di elemento di tenuta. In particular, a further problem consists in providing a system in which the aforementioned operating functions are achieved by providing in the embodiment of the EGR valve a single movable element operated by a single actuator; this movable element, therefore, performs both functions: that of a regulating element and that of a sealing element.
Questi scopi vengono raggiunti attraverso le caratteristiche menzionate nelle rivendicazioni indipendenti 1 e 16. Le rivendicazioni subordinate descrivono caratteristiche preferenziali dell’invenzione. These objects are achieved through the characteristics mentioned in the independent claims 1 and 16. The subordinate claims describe preferential characteristics of the invention.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Le principali caratteristiche tecniche costruttive e funzionali della presente invenzione e i vantaggi da esse derivanti risultano comunque meglio evidenti dalla descrizione che segue di forme di esecuzione preferite dell’invenzione; date a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrate nei disegni allegati, nei quali: The main constructive and functional technical characteristics of the present invention and the advantages deriving from them are however more evident from the following description of preferred embodiments of the invention; given purely by way of non-limiting example and illustrated in the attached drawings, in which:
Fig. 1 à ̈ una vista isometrica della valvola EGR secondo una forma preferita di esecuzione come valvola “tre vie†; Fig. 1 is an isometric view of the EGR valve according to a preferred embodiment as a â € œthree-wayâ € valve;
Fig. 2a à ̈ una vista in sezione della stessa valvola EGR di fig. 1, con elemento mobile in posizione intermedia di lavoro; in questa figura à ̈ fornita anche una indicazione dei flussi quando la valvola à ̈ applicata al lato aspirazione; Fig. 2a is a sectional view of the same EGR valve as fig. 1, with movable element in intermediate working position; this figure also provides an indication of the flows when the valve is applied to the suction side;
Fig. 2b à ̈ una vista in sezione del tutto identica a quella di fig. 2a, salvo che detto elemento mobile à ̈ in posizione di completa chiusura; Fig. 2b is a sectional view completely identical to that of fig. 2a, except that said mobile element is in the completely closed position;
Fig. 2c à ̈ una vista in sezione del tutto identica a quella di fig. 2a, salvo che detto elemento mobile à ̈ in posizione di completa apertura, fino alla parzializzazione del flusso nel condotto principale del corpo valvola; in questa figura à ̈ fornita anche una indicazione dei flussi quando la valvola opera la parzializzazione della portata di aria in aspirazione; Fig. 2c is a sectional view completely identical to that of fig. 2a, except that said mobile element is in the fully open position, until the flow in the main duct of the valve body is reduced; this figure also provides an indication of the flows when the valve operates the partialization of the intake air flow;
Fig. 2d à ̈ una vista in sezione del tutto identica a quella di fig. 2c, salvo che detta valvola à ̈ applicata allo scarico; in questa figura à ̈ fornita anche una indicazione dei flussi quando la valvola opera la parzializzazione della portata di gas di scarico; Fig. 2d is a sectional view completely identical to that of fig. 2c, unless said valve is applied to the exhaust; this figure also provides an indication of the flows when the valve operates the partialization of the exhaust gas flow;
Fig. 3 à ̈ una vista in sezione dell’elemento mobile della valvola EGR; Fig. 4 à ̈ una vista prospettica dello stesso elemento mobile della valvola EGR; Fig. 3 is a sectional view of the moving element of the EGR valve; Fig. 4 is a perspective view of the same moving element of the EGR valve;
Fig. 5 Ã ̈ uno schema di applicazione della valvola EGR in un motore a combustione interna, in una disposizione che prevede la parzializzazione del flusso di aria in aspirazione; Fig. 5 is an application diagram of the EGR valve in an internal combustion engine, in an arrangement that provides for the partialization of the intake air flow;
Fig. 6 Ã ̈ uno schema di applicazione della valvola EGR in un motore a combustione interna, in una disposizione che prevede la parzializzazione della portata di gas di scarico; Fig. 6 is an application diagram of the EGR valve in an internal combustion engine, in an arrangement that provides for the partialization of the exhaust gas flow;
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PREFERITA FORMA DI ATTUAZIONE Come illustrato innanzitutto nelle figure 2a, 2b e 2c e 5, la valvola EGR Long Route proposta dalla presente invenzione viene descritta come valvola inserita sull’aspirazione del motore a combustione interna MCI. Essa si presenta come una valvola del tipo a “tre vie†, nel cui corpo 1 sono formati un condotto 1a, nel seguito chiamato convenzionalmente condotto principale 1a, alle cui estremità si trovano due sezioni di efflusso, ovvero una sezione di efflusso 2, che funge da sezione di ingresso della carica fresca in aspirazione al motore, ed una sezione di efflusso 3 che funge da sezione di uscita del mix di aria e di EGR raffreddato, ed un condotto 1b, nel seguito indicato convenzionalmente condotto secondario 1b, che da un lato si innesta nel condotto principale 1a e dall’altro lato termina in una sezione di efflusso 4, che funge da sezione di ingresso del gas EGR raffreddato. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT As shown first of all in Figures 2a, 2b and 2c and 5, the Long Route EGR valve proposed by the present invention is described as a valve inserted on the intake of the internal combustion engine MCI. It looks like a valve of the `` three-way '' type, in whose body 1 a duct 1a is formed, hereinafter conventionally called main duct 1a, at the ends of which there are two outflow sections, i.e. an outflow section 2, which acts as the inlet section of the fresh charge in intake to the engine, and an outflow section 3 which acts as the outlet section of the mix of air and cooled EGR, and a duct 1b, hereinafter conventionally indicated secondary duct 1b, which from one side is inserted into the main duct 1a and on the other side it ends in an outflow section 4, which acts as the inlet section of the cooled EGR gas.
Più precisamente, il condotto 1a à ̈ formato in una prima parte del corpo 1, di geometria tubolare, mentre il condotto 1b à ̈ formato in una seconda parte del corpo 1, che termina con una sezione di efflusso 4, nella zona terminale 4a, in cui à ̈ anche disposto un anello 6 formante sede di valvola. More precisely, the duct 1a is formed in a first part of the body 1, of tubular geometry, while the duct 1b is formed in a second part of the body 1, which ends with an outflow section 4, in the terminal area 4a, in which a ring 6 forming a valve seat is also arranged.
Nel passaggio dalla prima parte alla seconda parte del corpo 1 à ̈ formata una zona di interfaccia 9 con una corrispondente sezione di efflusso 9a. In questa sezione di efflusso 9a, tra condotto principale 1a e condotto secondario 1b, à ̈ collocato l’elemento mobile 5 di valvola, preferibilmente vincolato alla seconda parte del corpo 1; la configurazione e disposizione di questo elemento 5 sono meglio descritte nel seguito. In the passage from the first part to the second part of the body 1, an interface zone 9 is formed with a corresponding outflow section 9a. In this outflow section 9a, between the main duct 1a and the secondary duct 1b, the mobile valve element 5 is located, preferably constrained to the second part of the body 1; the configuration and arrangement of this element 5 are better described below.
Nella forma di esecuzione illustrata nei disegni, detto condotto secondario si raccorda a detto condotto principale preferibilmente, anche se non necessariamente, sotto un angolo acuto. Il vincolo di detto elemento mobile 5 à ̈ allora posizionato all’interno di detto angolo acuto. In the embodiment illustrated in the drawings, said secondary duct is connected to said main duct preferably, although not necessarily, at an acute angle. The constraint of said mobile element 5 is then positioned inside said acute angle.
Il corpo 1 di valvola può essere formato come corpo unico oppure, come schematizzato in fig. 1, da due corpi distinti – la prima parte, con il condotto 1a, e la seconda parte, con il condotto 1b – collegati insieme mediante convenzionali viti di serraggio 8, che consentono l’accoppiamento di un certo numero di lembi opportunamente dimensionati e contrapposti. L’accoppiamento del corpo 1 della valvola al sistema motore, ovvero al si stema di aspirazione ed a quello di scarico, avviene in modo egualmente convenzionale tramite superfici a flangia nelle zone 7 e 4a (v. fig. 1), rispettivamente sulla prima parte e sulla seconda parte del corpo 1, e mediante convenzionali viti di serraggio.. The valve body 1 can be formed as a single body or, as shown schematically in fig. 1, by two distinct bodies - the first part, with the duct 1a, and the second part, with the duct 1b - connected together by conventional clamping screws 8, which allow the coupling of a certain number of suitably sized and opposite flaps. The coupling of the valve body 1 to the engine system, that is to the intake and exhaust systems, takes place in an equally conventional way by means of flange surfaces in zones 7 and 4a (see fig. 1), respectively on the first part and on the second part of the body 1, and by means of conventional clamping screws.
Come mostrato in maggiore dettaglio nella vista in sezione di fig. 3 e nella vista prospettica di fig. 4, l’elemento mobile 5 à ̈ costituito da due elementi principali 12 e 13. As shown in greater detail in the sectional view of fig. 3 and in the perspective view of fig. 4, the mobile element 5 consists of two main elements 12 and 13.
L’elemento 12 – che, per la sua conformazione geometrica, prevista in questa forma di esecuzione della presente invenzione, à ̈ brevemente definito nel seguito come elemento a paletta o, più semplicemente, come paletta 12 – à ̈ accoppiato rigidamente ad un alberino 11 che, a sua volta, à ̈ vincolato alla seconda parte del corpo 1 della valvola, in modo da possedere il solo grado di libertà relativo alla rotazione intorno ad un asse ortogonale al piano della fig. 3, e la cui traccia nel medesimo piano à ̈ indicata con X.; questo accoppiamento à ̈ realizzato mediante comuni viti di serraggio 18 (visibili nel disegno della fig. 4). The element 12 - which, due to its geometric conformation, envisaged in this embodiment of the present invention, is briefly defined below as a vane element or, more simply, as a vane 12 - is coupled rigidly to a shaft 11 which, in turn, is constrained to the second part of the valve body 1, so as to possess only the degree of freedom relative to rotation around an axis orthogonal to the plane of fig. 3, and whose trace in the same plane is indicated with X .; this coupling is achieved by means of common clamping screws 18 (visible in the drawing of fig. 4).
Come già detto, e come si rileva bene dalla fig. 2a, l’asse X di cerniera à ̈ posizionato in corrispondenza della zona di efflusso 9, all’interno di detto angolo acuto formato tra gli assi dei condotti principale e secondario. As already said, and as can be clearly seen from fig. 2a, the hinge X axis is positioned in correspondence with the outflow area 9, inside said acute angle formed between the axes of the main and secondary ducts.
Alla paletta 12 à ̈ accoppiato l’elemento 13, in forma di disco. A questo disco 13 à ̈ affidata la funzione di chiusura a tenuta sulla sede di valvola 6, mentre alla paletta 12 à ̈ affidata soprattutto una funzione di regolazione del flusso di EGR The element 13 is coupled to the blade 12, in the form of a disc. This disc 13 is entrusted with the sealing function on the valve seat 6, while the vane 12 is entrusted above all with the function of regulating the EGR flow.
Secondo una caratteristica fondamentale della presente invenzione, detto accoppiamento tra paletta 12 e disco 13 à ̈ realizzato mediante un perno di collegamento 14, ben visibile in fig. 3. Tale accoppiamento assume specifiche caratteristiche funzionali grazie, da un lato, alla particolare configurazione geometrica di entrambi gli elementi accoppiati, ovvero del disco 13 e della paletta 12 e, d’altro lato, grazie alla presenza di un unico elemento elastico 15, come meglio precisato qui di seguito. According to a fundamental characteristic of the present invention, said coupling between the blade 12 and the disc 13 is achieved by means of a connecting pin 14, clearly visible in fig. 3. This coupling takes on specific functional characteristics thanks, on the one hand, to the particular geometric configuration of both coupled elements, that is to say the disc 13 and the blade 12 and, on the other hand, thanks to the presence of a single elastic element 15, as better specified below.
A tal proposito si osserva, infatti, che la paletta 12 presenta una superficie conica 12b, che si offre al contatto con una superficie sferica 13b, formata sul disco 13 nella zona di interfaccia con la paletta stessa. Complessivamente, l’accoppiamento che si stabilisce tra la paletta 12 ed il disco 13 possiede le caratteristiche funzionali di un giunto sferico, che risultano vantaggiose in termini di capacità intrinseche di fine regolazione della posizione del disco 13, come viene di seguito chiarito. In this regard, it can be observed, in fact, that the blade 12 has a conical surface 12b, which offers itself in contact with a spherical surface 13b, formed on the disc 13 in the area of interface with the blade itself. Overall, the coupling that is established between the vane 12 and the disc 13 possesses the functional characteristics of a ball joint, which are advantageous in terms of intrinsic capacity for fine adjustment of the position of the disc 13, as explained below.
Inoltre, l’unico elemento elastico 15, che tiene accoppiati disco 13 e paletta 12, à ̈ costituito da una singola molla a tazza, interposta tra l’estremità 14a del perno 14 e la superficie 12a della paletta; dal lato opposto alla testa 14a, il perno 14 presenta un bordino di arresto 14b, che prende appoggio all’interno di un alloggiamento 13c del disco 13. Furthermore, the single elastic element 15, which holds the disk 13 and the blade 12 coupled, consists of a single cup spring, interposed between the end 14a of the pin 14 and the surface 12a of the blade; on the side opposite the head 14a, the pin 14 has a stop edge 14b, which rests inside a housing 13c of the disc 13.
Un ulteriore accorgimento adottato nella soluzione costruttiva dell’elemento mobile della valvola EGR proposta dalla presente invenzione consiste nella disposizione di un elemento di fissaggio 16, che vincola il disco 13 alla paletta 12 in modo da annullare il grado di libertà rotazionale del moto relativo del disco 13 rispetto alla paletta 12 stessa. In tal modo si impedisce la rotazione del disco 13 intorno al proprio asse, che si potrebbe generare nel corso delle manovre di apertura/chiusura della valvola, le quali comportano la rotazione della paletta intorno all’asse X. L’instaurarsi di un moto relativo del disco 13 rispetto alla paletta 12, consistente in una rotazione del disco intorno all’asse del perno 14, potrebbe avere un’influenza negativa sul campo di moto del flusso di EGR, e potrebbe inoltre comportare indesiderati fenomeni di sviluppo locale di calore, dovuti all’attrito che si avrebbe in questo moto relativo. A further expedient adopted in the constructive solution of the mobile element of the EGR valve proposed by the present invention consists in the arrangement of a fixing element 16, which binds the disc 13 to the vane 12 so as to cancel the degree of rotational freedom of the relative motion of the disc 13 with respect to the blade 12 itself. In this way the rotation of the disc 13 around its own axis is prevented, which could be generated during the opening / closing maneuvers of the valve, which involve the rotation of the blade around the X axis. relative motion of the disc 13 with respect to the vane 12, consisting in a rotation of the disc around the axis of the pin 14, could have a negative influence on the motion field of the EGR flow, and could also lead to undesirable phenomena of local development of heat, due to the friction that would occur in this relative motion.
Una molla torsionale di richiamo (opportunamente dimensionata, ma non rappresentata) à ̈ fissata con una estremità all’alberino 11 e con l’altra estremità al corpo 1 (o eventualmente direttamente al corpo 17 del sistema di movimentazione che comanda la rotazione dell’alberino 11); questo fissaggio non à ̈ rappresentato in dettaglio in quanto per sé noto e comunque alla portata di un tecnico del ramo. Detta molla torsionale à ̈ montata in modo da agire sull’elemento mobile 5 nel senso di sospingerlo verso la sua chiusura contro la sede 6. A torsional return spring (suitably sized, but not shown) is fixed with one end to the shaft 11 and with the other end to the body 1 (or possibly directly to the body 17 of the movement system which controls the rotation of the € ™ post 11); this fixing is not shown in detail as it is known per se and in any case within the reach of a person skilled in the art. Said torsional spring is mounted in such a way as to act on the mobile element 5 in the direction of pushing it towards its closure against the seat 6.
Una ulteriore caratteristica, della soluzione costruttiva della valvola EGR Long Route proposta dalla presente invenzione, consiste nella predisposizione di un circuito di raffreddamento nel corpo valvola, in corrispondenza della sezione di efflusso 4, di ingresso del gas di ricircolo. Tale circuito di raffreddamento à ̈ concretamente costituito da un condotto di ingresso 10, da un canale 10a, ricavato internamente alla corpo di valvola, nella zona che circonda la sede di valvola 6 (visibile nelle figure 2), e da un condotto di uscita (non mostrato nei disegni). La funzione svolta da detto circuito di raffreddamento à ̈ quella di ridurre le sollecitazioni termiche derivanti dalla presenza di gradienti di temperatura causati dal flusso dei gas di ricircolo. A further feature of the constructive solution of the Long Route EGR valve proposed by the present invention consists in the provision of a cooling circuit in the valve body, in correspondence with the outflow section 4, for the inlet of the recirculation gas. This cooling circuit is concretely constituted by an inlet duct 10, by a duct 10a, obtained inside the valve body, in the area surrounding the valve seat 6 (visible in Figures 2), and by an outlet duct ( not shown in the drawings). The function performed by this cooling circuit is to reduce the thermal stresses deriving from the presence of temperature gradients caused by the flow of recirculating gases.
Il funzionamento della valvola descritta sopra – e montata sull’aspirazione, come detto sopra – prevede che la portata di aria diretta all’aspirazione del motore attraversi la sezione di ingresso 2, fluisca entro il condotto principale 1a del corpo di valvola e si misceli alla portata di gas di ricircolo entrante dalla sezione di efflusso 4 e che fluisce attraverso la sezione di interfaccia 9. La miscela delle due portate, quella di aria in aspirazione e quella dei gas di ricircolo, fuoriesce dal condotto principale della valvola attraverso la sezione di uscita 3. The operation of the valve described above - and mounted on the intake, as mentioned above - requires that the flow of air directed to the engine intake passes through the inlet section 2, flows into the main duct 1a of the body of valve and mix with the recirculation gas flow entering from the outflow section 4 and flowing through the interface section 9. The mixture of the two flow rates, that of intake air and that of recirculating gas, comes out from the main duct of the valve through outlet section 3.
La soluzione costruttiva della valvola EGR Long Route secondo l’invenzione presenta, quindi, “tre vie†fluide distinte, ovvero tre sezioni di passaggio interessate da portate di fluido che sono differenti non solo per caratteristiche del campo di moto, ma anche per composizione: la sezione di efflusso 2 per l’ingresso della portata di aria in aspirazione; la sezione di efflusso 4 per l’ingresso della portata di gas di ricircolo; ed infine la sezione di efflusso 3 per l’uscita della portata risultante dalla miscelazione delle precedenti due. The constructive solution of the Long Route EGR valve according to the invention therefore presents â € œthree distinct fluid waysâ €, that is, three passage sections affected by fluid flow rates that are different not only for the characteristics of the flow range, but also for composition: the outflow section 2 for the inlet of the intake air flow; the outflow section 4 for the inlet of the recirculation gas flow; and finally the outflow section 3 for the outlet of the flow rate resulting from the mixing of the previous two.
La portata di EGR deve essere opportunamente regolata in accordo ad una precisa logica di gestione del motore MCI, ed à ̈ quindi variabile a seconda delle condizioni di funzionamento del motore stesso. The EGR flow rate must be suitably adjusted in accordance with a precise management logic of the MCI engine, and is therefore variable according to the operating conditions of the engine itself.
In aggiunta, come già detto, allorché la valvola EGR à ̈ portata ad assumere la configurazione di chiusura (fig. 2b) occorre che si mantenga elevata la resistenza al trafilamento dei gas di ricircolo, nonostante la differenza di pressione esistente tra monte e valle della sezione di efflusso 4 del gas ricircolato. In addition, as already said, when the EGR valve is brought to assume the closed configuration (fig. 2b) it is necessary to maintain a high resistance to the leakage of the recirculating gases, despite the difference in pressure existing between upstream and downstream. of the outflow section 4 of the recirculated gas.
Tutte le funzioni descritte, cioà ̈ quella di regolazione della portata di EGR in ingresso dalla sezione di efflusso 4 nel condotto secondario 1b e/o quella di regolazione del flusso di aria fresca nel condotto principale 1a, nonché quella di chiusura a tenuta della sede 6 di valvola per effetto della perfetta adesione del disco 13 sulla sede 6, sono svolte dal citato unico elemento mobile 5 della valvola. All the functions described, i.e. that of regulating the EGR flow rate at the inlet from the outflow section 4 into the secondary duct 1b and / or that of regulating the flow of fresh air into the main duct 1a, as well as that of sealing the seat 6 of the valve due to the perfect adhesion of the disc 13 on the seat 6, are carried out by the aforementioned single movable element 5 of the valve.
Più precisamente, la funzione di regolazione della portata viene concretamente svolta dalla paletta, che effettua una progressiva parzializzazione della portata di EGR in ingresso alla valvola dalla sezione di efflusso 4. Il grado di parzializzazione della portata di EGR dipende dalla posizione angolare assunta dalla paletta, attorno all’asse X, nell’ambito del range di rotazione angolare che ne caratterizza la legge di movimentazione. More precisely, the flow rate adjustment function is concretely carried out by the vane, which carries out a progressive partialization of the EGR flow rate entering the valve from the outflow section 4. The degree of partialization of the EGR flow rate depends on the angular position assumed by the vane, around the X axis, within the range of angular rotation that characterizes the law of movement.
Tale legge di movimentazione, come già detto, à ̈ messa in atto da un sistema di movimentazione di per sé noto, che à ̈ basato su di un dispositivo elettrico, quale un motore elettrico a corrente continua, e che può avvalersi di una trasmissione ad uno o più stadi di riduzione. Nell’ambito della presente invenzione il sistema di movimentazione dell’elemento mobile della valvola EGR Long Route à ̈ da intendersi di per sé noto e pertanto à ̈ rappresentato solo attraverso il corpo 17 (fig.1) che ne contiene tutti gli elementi costitutivi; quest’ultimo à ̈ rigidamente accoppiato al corpo valvola. This law of movement, as already mentioned, is implemented by a movement system known per se, which is based on an electrical device, such as a direct current electric motor, and which can use a transmission with one or more reduction stages. In the context of the present invention, the movement system of the mobile element of the Long Route EGR valve is to be understood as known per se and therefore is represented only through the body 17 (fig. 1) which contains all the constituent elements; the latter is rigidly coupled to the valve body.
In maggiore dettaglio, il funzionamento della valvola secondo la presente invenzione e i vantaggi da essa derivanti – quando la valvola sia montata sul lato aspirazione del motore MCI – risultano meglio evidenti dalla descrizione che segue della manovra di chiusura della valvola (fig. 2b), a partire da una generica configurazione di valvola aperta (fig. 2a), e della manovra di completa apertura della valvola (fig. 2c), fino a comportare la parzializzazione dell’aria in aspirazione al MCI. In greater detail, the operation of the valve according to the present invention and the advantages deriving from it - when the valve is mounted on the suction side of the MCI motor - are better evident from the following description of the valve closing operation (fig. 2b), starting from a generic configuration of open valve (fig. 2a), and the complete opening of the valve (fig. 2c), up to the partialization of the air inlet to the MCI.
Quando, a partire da una generica configurazione di valvola aperta (come in fig. 2a o 2c), si effettua la manovra di chiusura, allora la paletta 12 viene portata a compiere una rotazione oraria (rispetto al disegno) intorno all’asse X, muovendosi contro il verso del flusso di EGR proveniente dalla sezione di efflusso 4 del condotto secondario 1b. Si osserva che all’inizio della manovra di chiusura la superficie 13a del disco 13 si muove secondo una traiettoria che non à ̈ parallela, ma obliqua, rispetto alla direzione del flusso di EGR; tale traiettoria diviene poi pressoché parallela alla direzione del flusso solo nel tratto finale della corsa di chiusura. La manovra di chiusura à ̈ definita in maniera tale che, a completamento di tale manovra, la superficie 13a del disco 13 vada in battuta contro la superficie piana del bordo circonferenziale dell’elemento 6; questo elemento, che funge da sede-valvola, à ̈ posto sul condotto secondario 1b del corpo valvola, in corrispondenza della sezione di efflusso 4 del gas di ricircolo. When, starting from a generic configuration of open valve (as in fig. 2a or 2c), the closing maneuver is carried out, then the vane 12 is made to perform a clockwise rotation (with respect to the drawing) around the X axis , moving against the direction of the EGR flow coming from the outflow section 4 of the secondary duct 1b. It is observed that at the beginning of the closing maneuver the surface 13a of the disc 13 moves according to a trajectory which is not parallel, but oblique, with respect to the direction of the EGR flow; this trajectory then becomes almost parallel to the flow direction only in the final section of the closing stroke. The closing maneuver is defined in such a way that, upon completion of this maneuver, the surface 13a of the disc 13 abuts against the flat surface of the circumferential edge of the element 6; this element, which acts as a valve seat, is located on the secondary pipe 1b of the valve body, in correspondence with the recirculation gas outlet section 4.
A questo punto si comprendono i vantaggi derivanti dalle caratteristiche funzionali di giunto sferico che contraddistinguono l’accoppiamento che si à ̈ stabilito tra la paletta 12 ed il disco 13. Come si à ̈ detto in precedenza, tali vantaggi si misurano in termini di una capacità intrinseca di fine regolazione della posizione del disco 13 rispetto alla superficie di battuta della sede valvola 6; in particolare il disco 13, e quindi la superficie 13a, muove verso la superficie di battuta secondo una traiettoria che, nell’ultimo tratto della corsa di chiusura della valvola, à ̈ pressoché parallela al flusso di EGR. Inoltre, al momento dell’appoggio del disco 13 sulla sede valvola 6, à ̈ possibile un libero assestamento del disco 13 in una posizione di perfetto accoppiamento con la sede valvola 6. At this point we understand the advantages deriving from the functional characteristics of the ball joint that distinguish the coupling that has been established between the blade 12 and the disc 13. As previously stated, these advantages are measured in terms of a intrinsic ability to fine-tune the position of the disc 13 with respect to the abutment surface of the valve seat 6; in particular the disc 13, and therefore the surface 13a, moves towards the abutment surface according to a trajectory which, in the last section of the valve closing stroke, is almost parallel to the EGR flow. Furthermore, when the disc 13 rests on the valve seat 6, it is possible to freely settle the disc 13 in a position of perfect coupling with the valve seat 6.
Quando, a partire dalla configurazione di valvola chiusa, si effettua la manovra di completa apertura della valvola, allora la paletta 12 à ̈ portata a compiere una rotazione in senso antiorario intorno all’asse X, muovendosi questa volta secondo lo stesso verso del flusso di EGR proveniente dalla sezione di efflusso 4. Inoltre, nel primo tratto della manovra di apertura, in corrispondenza del quale si ha l’allontanamento tra la superficie 13a del disco 13 e la superficie della sede 6, la superficie 13a muove secondo una traiettoria che à ̈ pressoché parallela alla direzione del flusso di gas di ricircolo. When, starting from the closed valve configuration, the valve is fully opened, then the vane 12 is made to rotate counterclockwise around the X axis, this time moving in the same direction of the flow. of EGR coming from the outflow section 4. Furthermore, in the first section of the opening maneuver, in correspondence with which the surface 13a of the disc 13 and the surface of the seat 6 move away, the surface 13a moves according to a trajectory which is almost parallel to the direction of the recirculation gas flow.
Nel movimento di apertura dalla posizione di chiusura (fig. 2b) ad una generica posizione intermedia (fig. 2a), la paletta 12 effettua la parzializzazione del flusso di EGR immesso – in quantità più o meno grande – nel flusso di aria in aspirazione al MCI che percorre il condotto principale 1a, dall’entrata 2 all’uscita 3. In the opening movement from the closed position (fig. 2b) to a generic intermediate position (fig. 2a), the vane 12 performs the partialization of the EGR flow introduced - in greater or lesser quantities - into the flow of air inlet to the MCI which runs through the main duct 1a, from inlet 2 to outlet 3.
Tuttavia, proseguendo la rotazione antioraria dell’elemento mobile 5 della valvola, oltre la posizione intermedia di fig. 2a e fino al superamento della sezione di interfaccia tra i flussi 9, la paletta 12 realizza anche la parzializzazione del flusso di aria in aspirazione al motore. La parzializzazione dell’aria in aspirazione comporta un incremento delle prestazioni del sistema in termini di permeabilità al flusso di gas di ricircolo. Al raggiungimento della configurazione di completa apertura della valvola (fig. 2c), che corrisponde alla massima escursione angolare prevista dalla legge di movimentazione della paletta, si ottiene la massima parzializzazione della portata di aria in ingresso dalla sezione 2 del condotto principale 1a della valvola. La portata di aria à ̈ infatti intercettata dalla superficie 12a della paletta 12; tale superficie opera dunque la parzializzazione della portata di aria in aspirazione al motore MCI. However, by continuing the anticlockwise rotation of the mobile element 5 of the valve, beyond the intermediate position of fig. 2a and up to the overcoming of the interface section between the flows 9, the vane 12 also performs the partialization of the flow of air inlet to the engine. The partialization of the intake air increases the performance of the system in terms of permeability to the recirculation gas flow. Upon reaching the valve's complete opening configuration (fig.2c), which corresponds to the maximum angular excursion foreseen by the blade movement law, the maximum partialization of the inlet air flow from section 2 of the main duct 1a of the valve is obtained. The air flow is in fact intercepted by the surface 12a of the blade 12; this surface therefore operates the partialization of the flow rate of air inlet to the MCI engine.
Al fine di una migliore comprensione delle dinamiche di funzionamento della valvola EGR proposta dalla presente invenzione, si osserva che durante la manovra di chiusura il sistema di movimentazione à ̈ chiamato a garantire all’asse dell’alberino 11, cui à ̈ collegata la paletta 12, la coppia che si rende necessaria per vincere le resistenze fluidodinamiche e completare la manovra nei voluti tempi di attuazione. Durante questa manovra di chiusura, la coppia elastica della molla lavora concordemente alla coppia sviluppata dal sistema di movimentazione. In order to better understand the operating dynamics of the EGR valve proposed by the present invention, it is observed that during the closing maneuver the movement system is required to ensure the shaft 11 axis, to which it is connected the vane 12, the torque which is necessary to overcome the fluid dynamic resistances and complete the maneuver within the desired time of actuation. During this closing maneuver, the elastic torque of the spring works in accordance with the torque developed by the movement system.
Per contro, durante la manovra di apertura, il sistema di movimentazione à ̈ chiamato a garantire all’asse dell’alberino 11, cui à ̈ collegata la paletta 12, la coppia necessaria per vincere la coppia elastica della molla e completare la manovra nel rispetto dei predefiniti tempi di attuazione. Durante la manovra di apertura, la coppia elastica della molla lavora infatti in opposizione alla coppia sviluppata dal sistema di movimentazione, ed a quella derivante dalla spinta del flusso di gas di ricircolo. On the other hand, during the opening maneuver, the movement system is called upon to guarantee to the axis of the shaft 11, to which the blade 12 is connected, the necessary torque to overcome the elastic torque of the spring and complete the maneuver. in compliance with the predefined implementation times. During the opening maneuver, the elastic torque of the spring in fact works in opposition to the torque developed by the movement system, and to that deriving from the thrust of the recirculation gas flow.
L’accuratezza del controllo della portata dei gas combusti può essere variata a seconda del tipo di applicazione, modificando la configurazione dell’elemento mobile della valvola, del condotto principale e di quello secondario, e delle rispettive sezioni di efflusso. L’alterazione di uno o più di questi componenti influenza il profilo effettivo dell’area di efflusso. La risoluzione del controllo della portata à ̈ il rapporto a cui l’effettiva area di efflusso cambia allorché l’elemento mobile muove verso la sede valvola; tale rapporto può essere controllato e predeterminato. Il profilo dell’area di efflusso può essere modificato in modo che con la progressione della movimentazione si abbia, per la permeabilità della valvola, una crescita relativamente lenta, oppure un aumento proporzionale, oppure ancora una crescita relativamente rapida. The accuracy of the flue gas flow control can be varied according to the type of application, by modifying the configuration of the mobile element of the valve, of the main and secondary ducts, and of the respective outflow sections. The alteration of one or more of these components affects the actual profile of the outflow area. The resolution of the flow control is the ratio at which the effective outflow area changes as the moving element moves towards the valve seat; this relationship can be controlled and predetermined. The profile of the outflow area can be modified so that with the progression of the movement there is, due to the permeability of the valve, a relatively slow growth, or a proportional increase, or even a relatively rapid growth.
Per la definizione della configurazione del profilo dell’area di efflusso si può procedere mediante un approccio di tipo sperimentale (prove di flussaggio in laboratorio), ma preferibilmente l’ottimizzazione dell’area di efflusso prevede il diffuso impiego di analisi CFD durante la fase di progetto e successivamente la verifica sperimentale, come à ̈ noto nella tecnica. To define the configuration of the outflow area profile, it is possible to proceed through an experimental type approach (laboratory flushing tests), but preferably the optimization of the outflow area involves the widespread use of CFD analyzes during the design phase and subsequently the experimental verification, as is known in the art.
Ancora in merito alle dinamiche di funzionamento della valvola EGR discussa nella presente invenzione si osserva che laddove si verificasse un malfunzionamento del sistema di movimentazione durante il normale esercizio della valvola, à ̈ possibile comunque garantire una manovra di chiusura della valvola stessa in tempi opportuni. Tale azionamento di sicurezza à ̈ garantito dalla presenza della molla torsionale agente sull’alberino 11 e quindi dalla coppia di ritorno elastica da essa esercitata, che tende a riportare la paletta 12 in posizione di chiusura, ovvero la superficie 13a del disco 13 in battuta contro la superficie della sede 6. Still with regard to the operating dynamics of the EGR valve discussed in the present invention, it can be observed that where a malfunction of the movement system occurs during normal operation of the valve, it is still possible to guarantee a closing operation of the valve itself at suitable times. This safety operation is guaranteed by the presence of the torsional spring acting on the shaft 11 and therefore by the elastic return torque exerted by it, which tends to bring the blade 12 back to the closed position, i.e. the surface 13a of the disc 13 in abutment. against the seat surface 6.
Oltre a rendere possibile l’azionamento di sicurezza appena descritto, nelle normali condizioni di esercizio, la coppia elastica della molla contribuisce alle elevate prestazioni della valvola EGR in termini di resistenza al trafilamento dei gas di ricircolo, quando la valvola à ̈ nella configurazione di chiusura. In addition to making the safety operation described above possible, under normal operating conditions, the elastic torque of the spring contributes to the high performance of the EGR valve in terms of resistance to the leakage of recirculating gases, when the valve is in the configuration of closure.
La descrizione della forma di esecuzione dell’invenzione fin qui discussa prevede un’applicazione in relazione ad un sistema di ricircolo del tipo schematicamente riportato in fig. 5. Si osserva qui che la valvola EGR, come illustrata in fig. 1, viene disposta a monte del compressore C, e rende possibile la parzializzazione del flusso LPE di EGR raffreddato tramite il cooler CO, e/o dell’aria in aspirazione al motore. Il sistema di ricircolo considerato à ̈ quello convenzionale di un motore a combustione interna diesel sovralimentato e munito di dispositivi di trattamento dei gas di scarico quali un catalizzatore CAT ed un filtro antiparticolato DPF. Gli altri elementi presenti nello schema sono un comune filtro dell’aria AF, un debimetro AFM, una turbina T, un Intercooler IC, ed un blocco motore MCI, cui sono collegati il collettore di aspirazione IM ed il collettore di scarico EM. The description of the embodiment of the invention discussed up to now provides for an application in relation to a recirculation system of the type schematically shown in fig. 5. It is noted here that the EGR valve, as illustrated in FIG. 1, is arranged upstream of the compressor C, and makes it possible to choke the LPE flow of EGR cooled by the cooler CO, and / or the air inlet to the engine. The recirculation system considered is the conventional one of a supercharged diesel internal combustion engine equipped with exhaust gas treatment devices such as a CAT catalyst and a DPF particulate filter. The other elements present in the diagram are a common AF air filter, an AFM mass flow meter, a T turbine, an IC intercooler, and an MCI engine block, to which the IM intake manifold and the EM exhaust manifold are connected.
La preferita forma di esecuzione della presente invenzione come valvola EGR Long Route “tre vie†– come descritta sopra con riferimento alle figure allegate – può essere tuttavia suscettibile di una ulteriore applicazione senza che si rendano necessarie modifiche sostanziali della soluzione costruttiva fin qui descritta. Più precisamente, l’unica variazione consiste nella differente disposizione della valvola Long Route “tre vie†nel sistema di ricircolo di EGR nel MCI, cioà ̈ dal lato scarico anziché dal lato aspirazione del motore MCI. The preferred embodiment of the present invention as the Long Route EGR valve â € œthree-wayâ € - as described above with reference to the attached figures - may however be susceptible of further application without requiring substantial modifications of the constructive solution so far described. More precisely, the only variation consists in the different arrangement of the Long Route “three way” valve in the EGR recirculation system in the MCI, ie on the exhaust side rather than the intake side of the MCI engine.
Questa applicazione consiste nella disposizione della valvola EGR in uno schema di ricircolo come riportato in fig. 6, in cui il motore MCI à ̈ dello stesso tipo di quello rappresentato in fig. 5, mentre à ̈ differente la funzione svolta dalle tre sezioni di efflusso della valvola, essendo differenti le condizioni operative della valvola. This application consists in arranging the EGR valve in a recirculation scheme as shown in fig. 6, in which the MCI motor is of the same type as that shown in fig. 5, while the function performed by the three outflow sections of the valve is different, since the operating conditions of the valve are different.
Tale differente disposizione della valvola, in relazione al motore a combustione interna MCI, consente di effettuare una nuova applicazione della tecnica del ricircolo controllato dei gas di scarico in un MCI e definisce quindi un ulteriore sistema EGR Long Route, che risulta ancora innovativo in termini di caratteristiche operative e di prestazioni. This different arrangement of the valve, in relation to the internal combustion engine MCI, allows to carry out a new application of the technique of controlled exhaust gas recirculation in an MCI and therefore defines an additional Long Route EGR system, which is still innovative in terms of operational and performance characteristics.
Tramite questa differente disposizione à ̈ possibile, sempre nell’ambito della presente invenzione, proporre una valvola che, addizionalmente alle caratteristiche funzionali di elevata permeabilità e di elevata resistenza al trafilamento, possa inoltre consentire la parzializzazione della portata di gas in uscita dal sistema di scarico del MCI, senza per questo implicare onerose complicazioni della soluzione costruttiva del sistema stesso. Through this different arrangement it is possible, again within the scope of the present invention, to propose a valve which, in addition to the functional characteristics of high permeability and high resistance to leakage, can also allow the partialization of the gas flow at the outlet from the discharge of the MCI, without thereby implying onerous complications of the constructive solution of the system itself.
Al fine di una migliore comprensione di questa differente disposizione dell’invenzione si fornisce nel seguito una breve descrizione di come dovrebbe operare la valvola con riferimento alla fig. 6, e mantenendo il riferimento agli stessi disegni delle figure allegate e addizionalmente alla fig. 2d, per quanto concerne la struttura della valvola (di cui, pertanto, non si ripetono le caratteristiche costruttive, essendo inalterate rispetto alla forma di esecuzione discussa in precedenza). In order to better understand this different arrangement of the invention, a brief description of how the valve should operate is provided below with reference to fig. 6, and keeping the reference to the same drawings of the attached figures and additionally to fig. 2d, as regards the structure of the valve (of which, therefore, the constructive characteristics are not repeated, as they are unchanged with respect to the embodiment discussed above).
La valvola EGR Long Route “tre vie†può pensarsi applicata con la sezione di efflusso 3 del condotto principale 1a quale sezione di ingresso dei gas di scarico (Exhaust Gas) (indicazione EG-IN nella fig. 2d), con la sezione di efflusso 4 del condotto secondario 1b quale sezione di uscita di EGR (indicazione EGR nella fig. 2d) verso la miscelazione con aria di combustione, e dunque verso l’alimentazione del motore, ed infine con la sezione di efflusso 2 del condotto principale 1a quale sezione di uscita (indicazione EG-OUT nella fig. 2d) della portata di gas combusti non coinvolti nel ricircolo. Quando, a partire dalla configurazione di valvola chiusa, si effettua la manovra di apertura della valvola, allora la paletta 12 à ̈ portata ancora a compiere una rotazione antioraria, intorno all’asse X, e pertanto il sistema di movimentazione à ̈ chiamato a garantire all’asse dell’alberino 11, cui à ̈ collegata la paletta 12, la coppia necessaria per vincere la coppia elastica della molla ed a completare la manovra nel rispetto dei predefiniti tempi di attuazione. The `` three-way '' Long Route EGR valve can be thought of as applied with the outflow section 3 of the main duct 1a as the exhaust gas inlet section (indication EG-IN in fig. 2d), with the exhaust section outflow 4 of the secondary duct 1b as the EGR outlet section (EGR indication in fig. 2d) towards the mixing with combustion air, and therefore towards the engine supply, and finally with the outflow section 2 of the main duct 1a which outlet section (EG-OUT indication in fig. 2d) of the flue gas flow not involved in the recirculation. When, starting from the closed valve configuration, the valve opening maneuver is carried out, then the vane 12 is again brought to perform a counterclockwise rotation, around the X axis, and therefore the movement system is called to guarantee to the axis of the shaft 11, to which the blade 12 is connected, the necessary torque to overcome the elastic torque of the spring and to complete the maneuver in compliance with the predefined actuation times.
In una generica configurazione di valvola aperta la portata di gas combusti in ingresso dalla sezione di efflusso 3 del condotto principale 1a della valvola, viene parzializzata dall’elemento mobile 5 in modo che solo un’aliquota dosata di tale portata sia indirizzata verso la sezione di efflusso 4 del condotto secondario 1b della valvola, mentre la restante parte di gas di scarico fuoriesce dalla sezione di efflusso 2. In a generic open valve configuration, the flow of flue gases entering the outflow section 3 of the main duct 1a of the valve is reduced by the mobile element 5 so that only a metered portion of this flow rate is directed towards the outflow section 4 of the secondary duct 1b of the valve, while the remaining part of the exhaust gas exits from the outflow section 2.
La portata di gas combusti indirizzata verso la sezione di efflusso 4 costituisce la portata di EGR da reindirizzare all’aspirazione del MCI. Quanto maggiore à ̈ l’ampiezza della rotazione antioraria – fino al raggiungimento della configurazione di completa apertura della valvola (fig. 2d), corrispondente alla massima escursione angolare prevista dalla legge di movimentazione dell’elemento mobile 5 – tanto maggiore à ̈ la portata di gas combusti convogliata verso l’alimentazione del MCI. La parte restante di gas di scarico viene invece fatta uscire e scaricata all’esterno attraverso la sezione 2 del condotto principale 1b. Proseguendo con l’apertura della valvola oltre la sezione di interfaccia 9 si ha la parzializzazione della portata di gas di scarico che attraversa il condotto principale 1a; ciò comporta un miglioramento delle prestazioni della valvola in termini di permeabilità al flusso dei gas di scarico da ricircolare, dovuto ad un aumento della pressione nella zona del condotto principale 1a a monte della valvola. Al raggiungimento della configurazione di completa apertura della valvola (fig. 2d), corrispondente alla massima escursione angolare prevista dalla legge di movimentazione dell’elemento mobile 5 si ottiene la massima parzializzazione della portata dei gas di scarico che attraversa il condotto principale 1a. La caratteristica fondamentale di questa ulteriore forma di esecuzione consiste quindi nel fatto che la valvola EGR Long Route “tre vie†elabora il solo flusso derivante dal sistema di scarico del MCI, pur rimanendo pari a tre il numero di sezioni di efflusso che caratterizzano la valvola stessa. The flue gas flow directed towards the outflow section 4 constitutes the EGR flow rate to be redirected to the MCI intake. The greater the amplitude of the counterclockwise rotation - until the valve is fully opened (fig. 2d), corresponding to the maximum angular excursion foreseen by the law of movement of the mobile element 5 - as much the greater the flow of flue gases conveyed to the MCI supply. The remaining part of the exhaust gas is instead let out and discharged to the outside through section 2 of the main duct 1b. By continuing to open the valve beyond the interface section 9, the flow of exhaust gas that passes through the main duct 1a is reduced; this entails an improvement in the performance of the valve in terms of permeability to the flow of the exhaust gases to be recirculated, due to an increase in pressure in the area of the main duct 1a upstream of the valve. When the valve is fully opened (fig. 2d), corresponding to the maximum angular excursion foreseen by the movement law of the mobile element 5, the maximum partialization of the exhaust gas flow through the main duct 1a is obtained. The fundamental characteristic of this further embodiment therefore consists in the fact that the EGR Long Route valve `` three ways '' processes only the flow deriving from the MCI exhaust system, while the number of outflow sections that characterize the valve itself.
Il funzionamento della valvola EGR à ̈ definito da una precisa logica di controllo che a mezzo di una opportuna circuiteria, elabora i segnali provenienti dalla sensoristica presente sul dispositivo ed in particolare da un sensore dedicato al rilevamento della posizione assunta dall’elemento mobile della valvola e, in base al tipo di strategia di controllo predefinita, aziona il sistema di movimentazione dell’elemento mobile della valvola in modo da attuare l’opportuna legge di movimentazione. La descrizione della logica di controllo e del tipo di circuiteria e sensoristica che la rendono attuabile esula dal contesto della presente invenzione. The operation of the EGR valve is defined by a precise control logic which, by means of an appropriate circuitry, processes the signals coming from the sensors present on the device and in particular from a sensor dedicated to detecting the position assumed by the mobile element of the valve. and, according to the type of predefined control strategy, it activates the movement system of the mobile element of the valve in order to implement the appropriate movement law. The description of the control logic and of the type of circuitry and sensors that make it feasible goes beyond the context of the present invention.
S’intende comunque che l’invenzione non debba considerarsi limitata alle particolari disposizioni illustrate sopra, che costituiscono soltanto forme di esecuzione esemplificativa di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall’ambito di protezione dell’invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono. However, it is understood that the invention should not be considered limited to the particular provisions illustrated above, which are only exemplary embodiments of it, but that various variants are possible, all within the reach of a person skilled in the art, without thereby departing from the scope of protection of the invention itself, as defined by the following claims.
LISTA DEI CARATTERI DI RIFERIMENTO LIST OF REFERENCE CHARACTERS
1) corpo valvola 1) valve body
1a) condotto principale 1a) main duct
1b) condotto secondario 1b) secondary duct
2) sezione di efflusso 2) outflow section
3) sezione di efflusso 3) outflow section
4) sezione di efflusso 4) outflow section
4a) zona flangiata 4a) flanged area
5) elemento mobile della valvola 5) movable element of the valve
6) sede di valvola 6) valve seat
7) flangia di collegamento 7) connection flange
8) elemento di serraggio 8) clamping element
9) sezione di interfaccia 9) interface section
9a) zona di efflusso 9a) outflow area
10) entrata del circuito di raffreddamento 10a) condotto del circuito di raffreddamento 11) alberino 10) inlet of the cooling circuit 10a) duct of the cooling circuit 11) shaft
12) paletta 12) headstock
12a) superficie della paletta 12a) surface of the vane
12b) superficie di accoppiamento paletta-disco 13) disco 12b) blade-disc coupling surface 13) disc
13a) superficie di tenuta del disco 13a) disc sealing surface
13b) superficie di accoppiamento disco-paletta 14) elemento di collegamento disco-paletta 15) elemento elastico 13b) disc-blade coupling surface 14) disc-blade connection element 15) elastic element
16) elemento di vincolo paletta-disco 16) blade-disc constraint element
17) corpo dispositivo di movimentazione 18) viti di serraggio paletta-alberino 17) handling device body 18) blade-shaft tightening screws
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