ES2209610B1 - Sistema para el control de la circulacion de gases, en especial de los gases de escape de un motor. - Google Patents
Sistema para el control de la circulacion de gases, en especial de los gases de escape de un motor.Info
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Abstract
Sistema para el control de la circulación de gases, en especial de los gases de escape de un motor. Comprende una válvula by-pass (6), que regula el flujo de los gases que pasan o bien por un dispositivo intercambiador (1) o bien por un conducto en derivación(4) con dicho dispositivo(1). Se caracteriza por el hecho de que la citada válvula by-pass (6) está integrada en un solo cuerpo (11) con una segunda válvula (5) que regula el flujo a través del sistema (1). En el caso de un dispositivo intercambiador (1) dispuesto en un circuito EGR, la citada segunda válvula (5) es una válvula EGR que regula la recirculación de los gases por el circuito EGR. En el caso de un dispositivo intercambiador (1) dispuesto en la línea de escape antes de un convertidor NOx, la citada segunda válvula (5) es una válvula de contrapresión del escape. La integración de ambas válvulas en un mismo cuerpo permite fabricar un único producto facilitándose su almacenaje y distribución.
Description
Sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor.
La presente invención se refiere a un sistema
para el control de la circulación de gases, en especial de los
gases de escape de un motor, que permite la integración en un mismo
cuerpo de una válvula by-pass con otra válvula de
control de flujo. Más concretamente, se aplica a los sistemas de
recirculación de los gases de escape de un motor y a los
convertidores de NOx en la combustión.
Una práctica bien establecida en el campo de la
automoción consiste en proporcionar un sistema de recirculación de
los gases de escape de un motor diesel, que se conoce como EGR o
"Exhaust Gas Recycling", a fin de mezclar estos gases con el
aire de admisión, puesto que la presencia de los gases de escape en
la mezcla disminuye la producción de NOx.
Antes de ser mezclados con el aire de admisión,
los gases de escape pueden ser enfriados en un intercambiador de
calor (EGRC o "Exhaust Gas Recycling Cooler") instalado en el
bucle del sistema EGR, al objeto de mejorar la eficiencia del
sistema.
En el bucle del sistema existe además una válvula
(válvula EGR) que controla el paso de gases de escape a través del
mismo.
El intercambiador de calor propiamente dicho
puede tener distintas configuraciones: por ejemplo, puede consistir
en una carcasa tubular en cuyo interior se disponen una serie de
tubos paralelos para el paso de los gases, circulando el
refrigerante por la carcasa, exteriormente a los tubos; en otra
realización, el intercambiador consta de una serie de placas
paralelas que constituyen las superficies de intercambio de calor,
de manera que los gases de escape y el refrigerante circulan entre
dos placas, en capas alternadas.
En todos los casos, los sistemas EGR refrigerados
actuales presentan el inconveniente de que los gases de escape
circulan por el intercambiador en cualquier condición de
funcionamiento del motor a partir del momento en que se abre la
válvula EGR: los gases son enfriados tanto cuando el motor está
funcionando en régimen estable y su temperatura es elevada, como
durante un arranque en frío, cuando la temperatura de los gases es
muy inferior.
Este enfriamiento de los gases cuando su
temperatura no es elevada representa un inconveniente desde el
punto de vista medioambiental, puesto que incrementa el nivel de
emisiones de CO y de hidrocarburos y además conlleva generación de
ruido.
Para solucionar este problema, se utiliza al
menos un conducto en derivación, integrado en el intercambiador,
adecuado para hacer circular los gases de escape sin que sufran un
enfriamiento sustancial. El conducto en derivación, que se puede
denominar simplemente "by-pass", permite
evitar el enfriamiento de los gases de escape en algunas
situaciones de funcionamiento del motor, por ejemplo arranque en
frío, en que su temperatura no es elevada y su enfriamiento sería
perjudicial para la emisión de contaminantes.
Más concretamente son conocidas válvulas
by-pass de mariposa aplicadas a intercambiadores
para el enfriamiento de sistemas de recirculación de los gases de
escape (EGR) con modulación de calor. Dicha modulación consiste en
la selección del recorrido del flujo en función de las condiciones
de funcionamiento del circuito EGR. El recorrido es seleccionado
dependiendo del valor que controla la válvula.
Existen, por tanto, dos recorridos diferentes del
flujo del gas, uno de los cuales permite obtener un enfriamiento
poco significativo del flujo de gas. Así, el intercambiador puede
asegurar el funcionamiento del sistema EGR en dos niveles de
transferencia de calor, ya que integra una válvula
by-pass que regula el flujo de los gases que pasan
por intercambiador o por un conducto en derivación.
Existen pues dos tipos de válvulas: una válvula
que regula el flujo de los gases de escape que se recirculan al
motor (válvula EGR) y una válvula (by-pass) que
regula el camino que recorrerá el flujo de los gases de escape en
relación al intercambiador.
Normalmente, las órdenes de mando de ambas
válvulas son diferentes tanto en cuanto a los parámetros de
control como en cuanto al tipo de señal. La válvula EGR suele
estar controlada eléctricamente y la válvula del intercambiador, lo
suele estar neumáticamente.
En la actualidad no existe un sistema integrado
que proporcione la modulación de la cantidad y temperatura de los
gases del circuito EGR. Cuando es necesaria dicha modulación, el
circuito EGR está provisto de dos válvulas diferentes: una válvula
by-pass integrada en el sistema y la otra en el
circuito EGR.
Por otro lado, son conocidos convertidores de NOx
situados en la línea de escape provistos de una válvula
by-pass que regula el flujo de los gases que pasan
previamente por un intercambiador o por un conducto en
derivación.
También son conocidas válvulas de contrapresión
situadas en el escape.
Sin embargo, en la actualidad no existe un
sistema integrado que comprenda las dos válvulas, la válvula
by-pass y la válvula de contrapresión y que regule
la modulación de calor para los convertidores de NOx.
El objetivo del sistema para el control de la
circulación de gases, en especial de los gases de escape de un
motor, de la presente invención, es integrar en un solo cuerpo la
válvula by-pass y una segunda válvula de regulación
de flujo.
Más particularmente, el sistema para el control
de la circulación de gases, en especial de los gases de escape de
un motor, es del tipo que comprende una válvula
by-pass, que regula el flujo de los gases que pasan
o bien por un dispositivo intercambiador o bien por un conducto en
derivación con dicho dispositivo, y se caracteriza por el hecho de
que la citada válvula by-pass está integrada en un
solo cuerpo con una segunda válvula que regula el flujo a través
del sistema.
En el caso de un dispositivo intercambiador o
"cooler" dispuesto en un circuito EGR, la citada segunda
válvula es una válvula EGR que regula la recirculación de los gases
por el circuito EGR.
Gracias a esta configuración estructural
integrando ambas válvulas en el mismo cuerpo es posible fabricar un
único producto facilitándose su almacenaje y distribución.
Cuando se ensambla al intercambiador, se consigue
así un intercambiador de calor totalmente integrado que permite
realizar una modulación controlada de calor para sistemas EGR.
Con la solución de la invención se evita también
el riesgo de choque térmico de los componentes existentes en
sistemas con válvula EGR independiente del intercambiador.
En el caso de un dispositivo intercambiador
dispuesto en la línea de escape antes de un convertidor NOx, la
citada segunda válvula es una válvula de contrapresión del
escape.
En este caso, se consiguen también ventajas
análogas a las descritas más arriba para los intercambiadores de
calor en circuitos EGR.
Ventajosamente, tanto en los intercambiadores
como en los convertidores de NOx, la válvula
by-pass y la segunda válvula pueden estar
controladas por el mismo tipo de señal.
Generalmente, se envían dos señales distintas a
las válvulas. La integración de éstas en un mismo cuerpo facilita
la solución consistente en controlar ambas válvulas con la misma
señal.
También ventajosamente, el cuerpo comprende
medios de refrigeración.
El hecho de que dicho cuerpo comprenda medios de
refrigeración o no depende de su posición dentro del intercambiador
o convertidor y del tipo de material en que están fabricados.
Según distintas realizaciones de la invención,
el cuerpo puede estar dispuesto antes del dispositivo
intercambiador o convertidor o después del mismo.
Según una realización, la válvula
by-pass y la segunda válvula son válvulas de
mariposa, estando controlada la válvula by-pass
neumáticamente y la segunda válvula eléctricamente.
Según otra realización, la válvula
by-pass es una válvula de mariposa y la segunda
válvula es una válvula lineal, estando controlada la válvula
by-pass neumáticamente y la segunda válvula
eléctricamente.
También son posibles otras realizaciones, tales
como actuadores rotativos o de diafragma.
Finalmente, el cuerpo o carcasa que incluye las
dos válvulas comprende medios para su fijación al motor o al
bastidor del vehículo, tales como un soporte o uno o más agujeros
en una solapa del citado cuerpo.
De este modo se evita la disposición en voladizo,
reduciéndose las vibraciones del conjunto.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representan dos casos prácticos de realizaciones del sistema para
el control de la circulación de gases, en especial de los gases de
escape de un motor, de la invención, en los cuales:
La figura 1 es una vista esquematizada en sección
de un intercambiador EGR de tipo tubular que muestra el haz de
tubos y el conducto en derivación o by-pass (en
esta figura no están representadas las válvulas EGR y
by-pass);
la figura 2 es una vista esquematizada de un
intercambiador EGR que comprende una válvula EGR y una válvula
by-pass dispuestas en una misma carcasa, siendo
ambas válvulas de tipo mariposa, y estando controlada la válvula EGR
eléctricamente y la válvula by-pass neumáticamente,
según una primera realización de la invención; y
la figura 3 es una vista parcial esquematizada de
un intercambiador EGR que comprende una válvula EGR de tipo lineal
y una válvula by-pass de tipo mariposa dispuestas
en una misma carcasa, estando controlada la válvula EGR
eléctricamente y la válvula by-pass neumáticamente,
según una segunda realización de la invención.
A continuación se describen dos realizaciones
preferidas del sistema para el control de los gases de escape de un
motor (EGR) de la invención.
Tal como se puede apreciar en las figuras 1 a 3,
para ambas realizaciones, el sistema comprende un intercambiador de
calor (EGRC) 1, constituido esencialmente por una carcasa 2 con un
haz de tubos 3 y que presenta además en su interior un conducto en
derivación o by-pass 4, de mayor diámetro que cada
uno de los tubos 3 del haz y que es independiente de los
mismos.
El sistema comprende dos válvulas, una válvula
EGR 5 que regula la recirculación de los gases de escape por el
intercambiador 1, y una válvula by- pass 6 que regula el camino que
recorrerá el flujo de gases a través del intercambiador 1, es
decir, o bien a través del haz de tubos 3 o bien preferentemente a
través del conducto en derivación 4, dependiendo de la temperatura
de los gases de escape. La válvula by-pass 6 está
colocada en el conducto en derivación 4 dispuesto centralmente.
Los gases entran en el intercambiador 1 por una
entrada 7; tanto si los gases pasan por el haz de tubos 3 o por el
conducto en derivación 4, éstos salen por una salida 8 situada en
el otro extremo del intercambiador 1, que los conducirá hacia el
colector de admisión.
Por el interior de la carcasa 2, exteriormente a
los tubos 3 y al conducto en derivación 4, circula un fluido
refrigerante, entre una entrada de fluido 9 y una salida 10, como
puede apreciarse en la figura 1.
Aunque no se ha representado, el intercambiador 1
descrito comprende también medios para detectar la temperatura de
los gases a la salida de los cilindros, y medios de control de la
válvula by-pass 6.
El funcionamiento del sistema descrito es simple:
durante el funcionamiento normal del motor, la válvula
by-pass 6 permite el paso de los gases de escape
hacia el haz de tubos 3 para que puedan ser enfriados en el
intercambiador 1.
Por tanto, la combinación de estas dos válvulas 5
y 6 permite una total modulación de la cantidad y temperatura de
los gases requerido por el motor.
Dichas dos válvulas EGR 5 y
by-pass 6 están dispuestas en una misma carcasa 11
integrada en el intercambiador 1. La integración de dichas dos
válvulas 5 y 6 permite reducir el almacenaje de los
intercambiadores, ya que los parámetros de control están
integrados en la carcasa 2 del intercambiador 1, y por tanto, la
regulación de la operación de las dos válvulas 5 y 6.
Asimismo, la carcasa 11 de ambas válvulas EGR 5 y
by-pass 6 puede estar ubicada antes o después del
intercambiador 1.
Por otra parte, dichas válvulas 5 y 6 pueden
estar controladas por un mismo tipo de señal o por señales
diferentes, y además dichas válvulas 5 y 6 pueden ser de diferente
tipo.
Una primera realización del sistema EGR de la
invención, que se describirá a continuación, se representa en la
figura 2.
En la figura 2 puede apreciarse que la carcasa 11
con ambas válvulas EGR 5 y by-pass 6 está dispuesta
en la zona de la entrada 7 del intercambiador 1.
Además, ambas válvulas son de tipo mariposa y
están controladas por diferentes tipos de señal; la válvula EGR 5
está controlada eléctricamente y la válvula by-pass
6 neumáticamente.
Una segunda realización del sistema EGR de la
invención, que se describirá a continuación, se representa en la
figura 3.
En la figura 3 puede observarse que la carcasa 11
con ambas válvulas EGR 5 y by-pass 6 está dispuesta
en la zona de la entrada 7 del intercambiador 1.
Por otra parte, la válvula
by-pass 6 es una válvula de tipo mariposa y la
válvula EGR 5 es de tipo lineal, y están controladas por diferentes
tipos de señal; la válvula EGR 5 está controlada eléctricamente y
la válvula by-pass 6 neumáticamente.
Serán independientes del objeto de la presente
invención los materiales que se empleen en la fabricación de los
elementos que constituyen el sistema para el control de la
circulación de gases, en especial de los gases de escape de un
motor, que se ha descrito, así como las formas y dimensiones de la
misma y todos los detalles accesorios que puedan presentarse,
pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes,
siempre que no afecten a su esencialidad ni se aparten del ámbito
definido por las reivindicaciones que se adjuntan a
continuación.
Claims (10)
1. Sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor, que
comprende una válvula by-pass (6), que regula el
flujo de los gases que pasan o bien por un dispositivo
intercambiador (1) o bien por un conducto en derivación (4) con
dicho dispositivo (1), caracterizado por el hecho de que la
citada válvula by-pass (6) está integrada en un
solo cuerpo (11) con una segunda válvula (5) que regula el flujo a
través del sistema.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que, en el caso de un
dispositivo intercambiador (1) dispuesto en un circuito EGR, la
citada segunda válvula (5) es una válvula EGR que regula la
recirculación de los gases por el circuito EGR.
3. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que, en el caso de un
dispositivo intercambiador (1) dispuesto en la línea de escape
antes de un convertidor NOx, la citada segunda válvula (5) es una
válvula de contrapresión del escape.
4. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la válvula
by-pass (6) y la segunda válvula (5) están
controladas por el mismo tipo de señal.
5. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el
cuerpo (11) comprende medios de refrigeración.
6. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el
cuerpo (11) está dispuesto antes del dispositivo intercambiador (1)
o convertidor.
7. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el
cuerpo (11) está dispuesto después del dispositivo intercambiador
(1) o convertidor.
8. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la válvula
by-pass (6) y la segunda válvula (5) son válvulas de
mariposa, estando controlada la válvula by-pass
(6) neumáticamente y la segunda válvula (5) eléctricamente.
9. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la válvula
by-pass (6) es una válvula de mariposa y la segunda
válvula (5) es una válvula lineal, estando controlada la válvula
by-pass (6) neumáticamente y la segunda válvula (5)
eléctricamente.
10. Sistema, según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el
cuerpo (11) comprende medios para su fijación al motor o al
bastidor del vehículo.
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