ES2300163A1 - Sistema para el control de la circulacion de gases, en especial de los gases de escape de un motor. - Google Patents
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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 un intercambiador de calor (1) que incluye un circuito destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un conducto by-pass (3) adecuado para hacer circular los gases sin que sufran un enfriamiento sustancial, una válvula de regulación (4) para la selección del circuito a través del cual fluyen los gases, un depósito (6) unido mediante soldadura a la entrada o a la salida de una carcasa (2) del intercambiador(1), y una conexión (7) para la unión del depósito (6) a la línea de recirculación de gases de escape. Se caracteriza por el hecho de que el depósito (6) integra en un solo cuerpo (8, 8¿) la conexión (7), unos medios de unión con la carcasa (2) del intercambiador (1), y unos medios de conexión (10) con el conducto by-pass (3). La integración de estos componentes en un único cuerpo permite una reducción del número de piezas y del volumen ocupado.
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.
La invención se aplica a intercambiadores de
calor de haz de tubos paralelos, o de placas apiladas, pudiendo
ambos tipos de intercambiadores presentar una configuración lineal,
es decir con la entrada y salida de gas dispuestas en extremos
opuestos, o bien una configuración en forma de "U", es decir,
con la entrada y salida de gas dispuestas adyacentes en un mismo
extremo del intercambiador.
La invención se aplica especialmente a
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(Exhaust Gas Recirculation Coolers o EGRC); intercambiadores de
gases de escape para la regulación térmica de la línea de escape de
los motores gasolina de inyección directa (Exhaust Thermal
Regulation o ETR); y refrigeradores del aire de sobrealimentación o
intercoolers (Charge Air Coolers o CAC).
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 óxidos de nitrógeno (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 algunos casos, los sistemas EGR refrigerados
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
minimizar 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.
Por otra parte, los intercambiadores de calor
comprenden por lo menos un depósito y/o una brida o conexión
independiente, mediante la cual está conectado a la línea de
recirculación de los gases de escape. Generalmente, dichos
intercambiadores comprenden un depósito de entrada y un depósito de
salida, estando dichos depósitos acoplados respectivamente a los
conductos de entrada y salida de la línea de recirculación mediante
sendas conexiones independientes.
El sistema también comprende una válvula de
regulación o by-pass que selecciona el recorrido de
los gases de escape a través del intercambiador o a través del
conducto en derivación. Dicha válvula de regulación puede estar
situada a la entrada o bien a la salida del intercambiador.
Son conocidas válvulas que constituyen un
componente separado consistente en una carcasa y un obturador
(válvula de mariposa o lineal). En la mayoría de los casos, la
carcasa es una pieza de fundición y está atornillada o soldada a la
carcasa del intercambiador y al conducto by-pass.
También son conocidas carcasas de válvula fabricadas mediante
estampación soldadas a la carcasa del intercambiador.
La solicitud de patente española nº 200303019,
todavía no publicada, del mismo titular que la presente invención,
describe un intercambiador de calor que incluye el conducto
by-pass integrado en su interior. Además, presenta
una diferencia significativa con las mencionadas configuraciones ya
que integra la carcasa de la válvula como parte del intercambiador.
El obturador de la válvula está ensamblado en el interior de un
cuerpo principal, y comprende en su interior el cojinete del eje de
la válvula de mariposa y los topes de rotación; exteriormente al
cuerpo de la válvula se encuentran los medios de accionamiento de
la misma. La carcasa de la válvula está formada, en este caso, por
una pieza tipo brida ensamblada a la carcasa del intercambiador, o
bien por una pieza estampada con un diseño similar al de un
depósito de gas estándar.
Cabe destacar que este tipo de válvulas también
pueden ser acopladas en intercambiadores de calor de haz de tubos
del tipo en forma de "U".
No obstante, los sistemas descritos presentan
limitaciones en el proceso de estampado. Además, el diseño más
óptimo correspondiente al conducto by-pass paralelo
(debido al menor volumen ocupado) debe incluir una brida adicional
para ensamblar juntos el conducto by-pass y la
carcasa del intercambiador.
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 solventar los inconvenientes que
presentan los sistemas conocidos en la técnica, proporcionando una
pieza producida mediante microfusión que permita la integración del
depósito, la conexión, la válvula de regulación y el conducto
by-pass en el mismo intercambiador, una reducción
del número de componentes, así como una reducción del volumen
ocupado.
El sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor de la
presente invención es del tipo que comprende un intercambiador de
calor que incluye un circuito destinado a la circulación de los
gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un
conducto by-pass adecuado para hacer circular los
gases sin que sufran un enfriamiento sustancial, una válvula de
regulación para la selección del circuito a través del cual fluyen
los gases, un depósito unido mediante soldadura a la entrada o a la
salida de una carcasa del intercambiador, y una conexión para la
unión del depósito a la línea de recirculación de gases de escape,
y se caracteriza por el hecho de que el depósito integra en un solo
cuerpo la conexión, unos medios de unión con la carcasa del
intercambiador, y unos medios de conexión con el conducto
by-pass.
De este modo, la integración de estos
componentes en un único cuerpo permite una reducción del número de
piezas y del volumen ocupado.
Preferentemente, el cuerpo está fabricado
mediante micro-fusión.
Ventajosamente, el cuerpo incluye una zona
sensiblemente plana provista de una abertura para la introducción y
acoplamiento de la válvula.
Por tanto, el citado cuerpo fabricado mediante
microfusión permite un adecuado ensamblaje con la válvula, con la
carcasa del intercambiador y con la línea de recirculación,
respectivamente.
Asimismo, la zona sensiblemente plana del cuerpo
asegura los requerimientos necesarios de planicie y rugosidad para
un correcto ensamblaje con la válvula. Este ensamblaje es crítico
ya que determina el correcto funcionamiento de la válvula para
garantizar que no se produzcan interferencias con el cuerpo.
Según una realización de la presente invención,
el conducto by-pass es externo a la carcasa del
intercambiador.
En este caso, ventajosamente, los medios de
conexión con el conducto by-pass incluyen un tramo
adyacente unido mediante soldadura al cuerpo. Por tanto, no es
necesario utilizar una brida adicional para ensamblar el conducto
by-pass con la carcasa del intercambiador, como se
realizaba en la técnica anterior.
Ventajosamente, el cuerpo comprende un tramo de
entrada de gases que se divide en una primera trayectoria para el
paso de gases hacia el conducto by-pass y una
segunda trayectoria para el paso de gases hacia el
intercambiador.
Preferentemente, la primera trayectoria
perteneciente al tramo adyacente para el paso de gases hacia el
conducto by-pass es sensiblemente curvada para
posicionar dicho conducto by-pass externo adyacente
a la carcasa del intercambiador. Además, el diseño con
adaptaciones curvadas para el conducto by-pass
permite una compactación máxima que asegura una apropiada sección
transversal para la caída de presión del gas.
Ventajosamente, el cuerpo está fijado
directamente a la carcasa del intercambiador y al conducto
by-pass mediante soldadura.
Preferiblemente, la conexión del cuerpo con la
línea de recirculación de gases de escape está constituida por una
brida o una conexión de abrazadera. El proceso de microfusión
permite diseñar configuraciones complejas de la brida de
conexión.
Ventajosamente, la válvula incluye un obturador,
una placa de soporte para la fijación con el cuerpo, y medios de
accionamiento de la misma.
Preferentemente, el obturador es una aleta
giratoria susceptible de cerrar uno de los dos circuitos de paso de
gases.
De acuerdo con otra realización de la invención,
el intercambiador es del tipo en forma de "U", incluyendo una
carcasa cuya entrada y salida de gas están dispuestas adyacentes en
un mismo extremo en el cual está acoplado el cuerpo.
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 en perspectiva del
sistema de la invención, antes del montaje de la válvula de
regulación dentro del cuerpo;
la figura 2 es una vista en perspectiva del
conjunto montado;
la figura 3 es una vista en despiece del cuerpo
de válvula y parte de la válvula;
la figura 4 es una vista en sección del cuerpo
de válvula;
la figura 5 es una vista en alzado de la válvula
de regulación; y
la figura 6 es una vista en perspectiva de un
cuerpo de válvula adecuado para un intercambiador en forma de
"U".
Una primera realización de la invención se
muestra en las figuras 1 a 5.
Tal como se puede apreciar en las figuras 1 a 5,
el sistema para el control de la circulación de gases comprende un
intercambiador de calor 1 de tipo EGR constituido por una carcasa 2
que contiene dos circuitos independientes: un circuito destinado al
paso de los gases a enfriar (haz de tubos paralelos o placas
apiladas) y un conducto by-pass 3 externo a la
carcasa 2 del intercambiador.
Ambos circuitos están controlados por una
válvula de regulación 4 para la selección del circuito a través del
cual fluyen los gases.
Los gases a enfriar entran en el intercambiador
1 desde un conducto de alimentación 5 y a través de un depósito de
entrada 6, que se ensancha progresivamente, el cual está acoplado a
la carcasa 2 del intercambiador 1. También se prevé una conexión 7
para la unión del depósito de entrada 6 al conducto de
alimentación, que puede estar constituida por una brida o una
conexión de abrazadera.
El depósito de entrada 6 y la conexión 7 están
integrados en un solo cuerpo 8 fabricado mediante
micro-fusión. Además, dicho cuerpo 8 comprende una
zona sensiblemente plana provista de una abertura 9 para la
introducción y acoplamiento de la válvula 4, y un tramo adyacente
10 para la conexión con el conducto by-pass 3 (ver
figuras 1 a 3).
Tal como se puede apreciar en la figura 4, el
cuerpo 8 comprende un tramo de entrada de gases que se divide en
una primera trayectoria 11 para el paso de gases hacia el conducto
by-pass 3 y una segunda trayectoria 12 para el paso
de gases hacia el intercambiador 1.
La primera trayectoria 11 perteneciente al tramo
adyacente 10 para el paso de gases hacia el conducto
by-pass 3 es sensiblemente curvada para posicionar
dicho conducto by-pass 3 externo adyacente a la
carcasa 2 del intercambiador 1, lo cual permite una compactación
máxima que asegura una apropiada sección transversal para la caída
de presión del gas.
Haciendo referencia a la figura 5, la válvula 4
incluye un obturador 12, una placa de soporte 13 para la fijación
con el cuerpo 8, y medios de accionamiento de la misma. Dicho
obturador 12 está constituido por una aleta giratoria susceptible
de cerrar uno de los dos circuitos de paso de gases.
La configuración de dicho cuerpo 8 asegura un
adecuado ensamblaje con la válvula 4, el conducto
by-pass 3, la carcasa del intercambiador 2 y la
línea de recirculación, mediante soldadura. Además, se consigue una
reducción del número de componentes, así como una reducción del
volumen ocupado.
Una segunda realización se ilustra en la figura
6, que muestra un cuerpo de válvula 8' adecuado para un
intercambiador en forma de "U".
Claims (12)
1. Sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor, que
comprende un intercambiador de calor (1) que incluye un circuito
destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor
con un fluido de refrigeración y un conducto
by-pass (3) adecuado para hacer circular los gases
sin que sufran un enfriamiento sustancial, una válvula de
regulación (4) para la selección del circuito a través del cual
fluyen los gases, un depósito (6) unido mediante soldadura a la
entrada o a la salida de una carcasa (2) del intercambiador (1), y
una conexión (7) para la unión del depósito (6) a la línea de
recirculación de gases de escape, caracterizado por el hecho
de que el depósito (6) integra en un solo cuerpo (8,8') la conexión
(7), unos medios de unión con la carcasa (2) del intercambiador
(1), y unos medios de conexión (10) con el conducto
by-pass (3).
2. Intercambiador (1), según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que el cuerpo (8,8') está
fabricado mediante micro-fusión.
3. Intercambiador (1), según la reivindicación 1
o 2, caracterizado por el hecho de que el cuerpo (8,8')
incluye una zona sensiblemente plana provista de una abertura (9)
para la introducción y acoplamiento de la válvula (4).
4. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el conducto by-pass (3) es externo a la carcasa
(2) del intercambiador (1).
5. Intercambiador (1), según la reivindicación
4, caracterizado por el hecho de que los medios de conexión
con el conducto by-pass (3) incluyen un tramo
adyacente (10) unido mediante soldadura al cuerpo (8).
6. Intercambiador (1), según la reivindicación
5, caracterizado por el hecho de que el cuerpo (8) comprende
un tramo de entrada de gases que se divide en una primera
trayectoria (11) para el paso de gases hacia el conducto
by-pass (3) y una segunda trayectoria (12) para el
paso de gases hacia el intercambiador (1).
7. Intercambiador (1), según la reivindicación
6, caracterizado por el hecho de que la primera trayectoria
(11) perteneciente al tramo adyacente (10) para el paso de gases
hacia el conducto by-pass (3) es sensiblemente
curvada para posicionar dicho conducto by-pass (3)
externo adyacente a la carcasa (2) del intercambiador (1).
8. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el cuerpo (8) está fijado directamente a la carcasa (2) del
intercambiador (1) y al conducto by-pass (3)
mediante soldadura.
9. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la conexión (7) del cuerpo (8) con la línea de recirculación de
gases de escape está constituida por una brida o una conexión de
abrazadera.
10. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la válvula (8) incluye un obturador (12), una placa de soporte
(13) para la fijación con el cuerpo (8), y medios de accionamiento
de la misma.
11. Intercambiador (1), según la reivindicación
10, caracterizado por el hecho de que el obturador (12) es
una aleta giratoria susceptible de cerrar uno de los dos circuitos
de paso de gases.
12. Intercambiador (1), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que es
del tipo en forma de "U", incluyendo una carcasa cuya entrada
y salida de gas están dispuestas adyacentes en un mismo extremo en
el cual está acoplado el cuerpo (8').
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