ES2247899B1 - Sistema para el control de la circulacion de gases, en especial de los gases de escape de un motor, y su correspondiente procedimiento de fabricacion. - 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, y su correspondiente procedimiento de fabricación. Comprende un intercambiador de calor (1) que incluye un circuito (2) destinado a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido de refrigeración y un circuito en derivación (3), una válvula de regulación (5) para la selección del circuito (2,3), un depósito (6) acoplado a una carcasa (4) mediante unos medios de unión (7), y una conexión (8) para la unión del depósito de entrada (6) a la línea de recirculación de gases de escape. Se caracteriza por el hecho de que el depósito (6) donde está dispuesta la válvula de regulación (5), los medios de unión (7) y la conexión (8) están integrados en un solo cuerpo (9) soldado en horno a la carcasa (4). Se obtiene una reducción del número de componentes, así como una reducción de costes y una simplificación del procedimiento de fabricación.
Description
Sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor, y su
correspondiente procedimiento de fabricación.
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 también se refiere a su
correspondiente procedimiento de fabricación.
La invención se aplica especialmente en
intercambiadores de recirculación de gases de escape de un motor
(EGRC), así como en intercambiadores de gases de escape para la
regulación térmica de la línea de escape (ETR).
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 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 diámetro del conducto de entrada suele ser
inferior al diámetro de la carcasa y al del haz de tubos del
intercambiador; por ello, para conducir los gases de escape desde el
conducto de entrada hacia el haz de tubos se dispone entre ambos
dicho depósito de entrada cuya sección transversal aumenta
progresivamente.
Del mismo modo, el diámetro del conducto de
salida es inferior al diámetro de la carcasa y al del haz de tubos
del intercambiador; por ello, análogamente para conducir los gases
de escape ya refrigerados desde del haz de tubos hacia el conducto
de salida se dispone entre ambos dicho depósito de salida cuya
sección transversal disminuye progresivamente.
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.
Generalmente, la válvula de regulación es una
válvula de tipo mariposa.
Dicha válvula de mariposa está dispuesta en el
interior de un cuerpo principal, el cual constituye el depósito de
entrada o de salida y su correspondiente conexión, 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. Usualmente, la válvula de
mariposa integrada en su cuerpo, tal como se ha descrito, viene
suministrada por el proveedor para luego ser ensamblada al
intercambiador de calor.
El cuerpo de la válvula debe ser acoplado a un
reborde periférico solidario a un extremo de la carcasa del
intercambiador. La unión entre el cuerpo de la válvula y dicho
reborde periférico se realiza generalmente por medio de elementos de
tornillería. Asimismo, para evitar fugas de gas se dispone una junta
de estanqueidad entre el cuerpo de la válvula y el reborde
periférico.
Esta configuración estructural requiere la
utilización de un casquillo o manguito acoplado en un extremo del
conducto de by-pass a modo de alargo, con el fin de
proporcionar el cierre con el disco obturador de la válvula de
mariposa cuando ésta se cierra.
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".
El procedimiento de fabricación de este tipo de
sistemas para el control de la circulación de gases, consiste en
montar el propio intercambiador de calor junto con el manguito en el
extremo del conducto de by-pass, y soldar en horno
todo este conjunto al mismo tiempo; ensamblar el conjunto formado
por el cuerpo con la válvula y sus medios de accionamiento
(suministrado por el proveedor) sobre el reborde periférico de la
carcasa del intercambiador, habiéndose colocado previamente entre
ambos la junta de estanqueidad; y atornillar el cuerpo de la válvula
al citado reborde periférico.
Debe tenerse en cuenta que el extremo del
manguito debe quedar centrado en alineación con el disco obturador
de la válvula de mariposa, de manera que dicho manguito quede tapado
cuando la válvula se cierra.
Este centrado relativo del disco obturador con
el manguito requiere de una gran precisión en el montaje, habida
cuenta de las estrechas tolerancias del mismo y la necesidad de
asegurar la no interferencia en las fases de funcionamiento a alta
temperatura.
El cuerpo de la válvula se fabrica mediante
fundición o microfusión, aplicándole después una etapa de
mecanizado, por lo que resulta una pieza pesada y con un elevado
coste. Además, no permite fácilmente la integración de conexiones de
gas de diferentes diseños.
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 dispositivos conocidos en la técnica, proporcionando
una reducción del número de componentes, así como una reducción de
costes y una simplificación del procedimiento de fabricación.
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
circuito en derivación 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 acoplado a la entrada o a la salida de una carcasa del
intercambiador mediante unos medios de unión, y una conexión para la
unión del depósito a la línea de recirculación de gases de
escape.
El sistema para el control de la circulación de
gases, en especial de los gases de escape de un motor, de la
presente invención, se caracteriza por el hecho de que el depósito
donde está dispuesta la válvula de regulación, los medios de unión y
la conexión están integrados en un solo cuerpo soldado en horno a la
carcasa del intercambiador.
De este modo, es posible integrar una válvula de
regulación simplificada sobre un cuerpo soldado en horno previamente
al resto del intercambiador de calor.
La válvula utilizada es más simple que las
actuales ya que no se utiliza el cuerpo con el que actualmente viene
suministrada por el proveedor. El cuerpo de las válvulas actuales es
de fundición, y además presentan una configuración muy compleja, por
lo que son muy pesadas y caras.
Por otra parte, no es necesario utilizar un
reborde periférico como el que se utiliza actualmente para unir el
cuerpo actual a la carcasa del intercambiador, ya que el nuevo
cuerpo de la invención realiza la función del actual reborde
periférico. De este modo, el intercambiador de calor puede ser
ensamblado y soldado al cuerpo en una sola etapa.
Además, puede utilizarse un depósito estándar en
lugar de una pieza estructuralmente compleja como es el cuerpo de la
válvula utilizado actualmente.
En consecuencia, el sistema de la invención
permite reducir el número de componentes utilizados, y una
simplificación del procedimiento de fabricación.
Por otra parte, se obtiene una reducción de masa
de todo el conjunto y, consecuentemente, un mejor comportamiento
mecánico, una mayor fiabilidad y un menor coste.
Ventajosamente, el cuerpo comprende una abertura
para la colocación en su interior de la válvula de regulación. De
este modo, resulta muy sencillo el proceso de introducción del
obturador de la válvula dentro del cuerpo, una vez soldado en horno
el conjunto formado por el cuerpo y la carcasa del
intercambiador.
Según una realización de la invención, la
válvula de regulación incluye un obturador, medios de apertura y
cierre, y medios de accionamiento de la
misma.
misma.
Preferentemente, la válvula de regulación es una
válvula de mariposa.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el
procedimiento de fabricación aplicado al sistema de la invención, se
caracteriza por el hecho de que consiste en realizar las siguientes
etapas:
- a)
- Montar el intercambiador de calor, ensamblando los componentes del circuito de circulación de gases con intercambio de calor con el fluido de refrigeración y el circuito en derivación, y acoplando unos conductos de entrada y salida de fluido refrigerante en la pared exterior de la carcasa;
- b)
- Fabricar el cuerpo, el cual integra el depósito, los medios de unión, la conexión, y la abertura para la válvula de regulación;
- c)
- Ensamblar el cuerpo con los componentes del intercambiador de calor;
- d)
- Soldar en horno el conjunto formando por el cuerpo y el intercambiador de calor en una única etapa;
- e)
- Obtener una válvula de regulación que incluye el obturador, los medios de apertura y cierre, y los medios de accionamiento de la misma;
- f)
- Introducir el obturador de la válvula de regulación en el interior del cuerpo a través de la abertura, de modo que dicho obturador quede centrado y alineado con el circuito en derivación; y
- g)
- Fijar la válvula de regulación al cuerpo por medio de elementos de tornillería, remaches o soldadura.
Tal como se ha descrito anteriormente, ya no es
necesario utilizar el cuerpo actual de fundición donde va
incorporada la válvula suministrada por el proveedor, ni el reborde
periférico actual soldado a la carcasa del intercambiador.
Opcionalmente, después de la etapa d) se coloca
sobre la abertura una junta de estanqueidad en el caso de que la
fijación de la válvula de regulación al cuerpo se lleve a cabo
mediante elementos de tornillería o remaches.
Según una realización de la invención, el
depósito, los medios de unión y la conexión que constituyen el
cuerpo se fabrican de una sola pieza.
Según otra realización de la invención, el
depósito, los medios de unión y la conexión que constituyen el
cuerpo se fabrican por separado y se sueldan en horno después.
Preferentemente, la fabricación del cuerpo se
realiza mediante fundición y mecanizado, aunque también puede
realizarse por estampación, o por hidroformación, o bien por una
combinación de dichos procesos de fabricación.
Ventajosamente, el cuerpo puede fabricarse de
acero inoxidable. De este modo, se evita la posible corrosión de
dicho cuerpo durante su funcionamiento.
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
representa un caso práctico de realización 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 sección longitudinal del
sistema de la invención, mostrando el cuerpo soldado en horno a la
carcasa del intercambiador de calor, y la válvula de regulación
antes de ser colocada dentro del cuerpo;
la figura 2 es una vista en perspectiva del
conjunto montado;
la figura 3 es una vista en perspectiva y en
despiece del conjunto;
la figura 4 es una vista en perspectiva del
cuerpo acoplado al intercambiador de calor, sin el depósito para
mostrar el interior del cuerpo; y
la figura 5 es una vista en perspectiva del
cuerpo fabricado por hidroformación.
Tal como se puede apreciar en las figuras 1 a 4,
el sistema para el control de la circulación de gases, en especial
de los gases de escape de un motor, de la presente invención
comprende un intercambiador de calor 1 constituido por una carcasa 4
que contiene dos circuitos independientes: un haz de tubos 2
destinados al paso de los gases a enfriar y un conducto de
by-pass 3. Ambos circuitos 2 y 3 están controlados
por una válvula de regulación 5, de modo que cuando dicha válvula de
regulación 5 está abierta el flujo de gas pasa por ambos circuitos,
mayormente por un conducto de by-pass 3, y cuando
dicha válvula 5 está cerrada el flujo de gas es forzado a pasar por
el haz de tubos 2.
Dentro de la carcasa 4, exteriormente a los
tubos 2 y al conducto by-pass 3, circula un fluido
de refrigeración, desde una entrada a una salida.
Los gases a enfriar entran en el intercambiador
1 desde un conducto de alimentación (no representado) y a través de
un depósito de entrada 6, que se ensancha progresivamente, el cual
está acoplado a la carcasa 4 del intercambiador 1 mediante unos
medios de unión 7. También se prevé una conexión 8 para la unión del
depósito de entrada 6 al conducto de alimentación.
El depósito de entrada 6, los medios de unión 7
y la conexión 8 están integrados en un solo cuerpo 9 soldado en
horno a la carcasa 4 del intercambiador 1. Dicha válvula de
regulación 5 está dispuesta en el interior del citado cuerpo 9. De
este modo, es posible integrar una válvula de regulación 5
simplificada sobre un cuerpo 9 soldado en horno previamente al resto
del intercambiador de calor 1.
En la realización representada la válvula de
regulación 5 es una válvula de mariposa. Dicha válvula 5 incluye el
obturador 12, los medios de apertura y cierre, y los medios de
accionamiento de la misma.
El cuerpo 9 comprende una abertura 10 para la
colocación en su interior de la válvula de regulación 5. Una vez
introducida la válvula 5 en el cuerpo 9, dicho obturador 12 queda
situado en proximidad con el extremo del conducto de
by-pass 3 para taponarlo adecuadamente cuando se
cierra la válvula 5.
El procedimiento de fabricación aplicado al
sistema de la invención, se caracteriza por el hecho de que consiste
en realizar las siguientes etapas:
- a)
- Montar el intercambiador de calor 1, ensamblando dentro de la carcasa 4 los componentes del haz de tubos 2 y el conducto by-pass 3, y acoplando unos conductos de entrada y salida de fluido refrigerante en la pared exterior de la carcasa 4;
- b)
- Fabricar el cuerpo 9, el cual integra el depósito de entrada 6, los medios de unión 7, la conexión 8, y la abertura 10 para la válvula de regulación 5;
- c)
- Ensamblar el cuerpo 9 con los componentes del intercambiador de calor 1;
- d)
- Soldar en horno el conjunto formando por el cuerpo 9 y el intercambiador de calor 1 en una única etapa;
- e)
- Obtener una válvula de regulación 5 que incluye el obturador 12, los medios de apertura y cierre, y los medios de accionamiento de la misma;
- f)
- Introducir el obturador 12 de la válvula de regulación 5 en el interior del cuerpo 9 a través de la abertura 10, de modo que dicho obturador 12 quede centrado y alineado con el conducto by-pass 3; y
- g)
- Fijar la válvula de regulación 5 al cuerpo 9 por medio de elementos de tornillería, remaches o soldadura.
En el caso en que la válvula de regulación 5 se
fije al cuerpo 9 mediante tornillería o remaches, después de la
etapa d) se colocará una junta de estanqueidad 11 sobre la abertura
10.
Mediante el procedimiento de fabricación de la
invención ya no es necesario utilizar el cuerpo actual de fundición
donde va incorporada la válvula suministrada por el proveedor, ni el
reborde periférico actual soldado en horno a la carcasa del
intercambiador.
El depósito de entrada 6, los medios de unión 7
y la conexión 8 que constituyen el cuerpo 9 pueden fabricarse de una
sola pieza, o bien fabricarse por separado y soldarlos en horno
después.
El cuerpo 9 puede fabricarse mediante fundición
y mecanizado, aunque también puede fabricarse por estampación, o por
hidroformación, o bien por una combinación de dichos procesos de
fabricación. La figura 5 muestra un cuerpo 9 fabricado por
hidroformación.
El sistema de la invención permite por tanto
reducir el número de componentes utilizados, así como una
simplificación del procedimiento de fabricación.
Por otra parte, se obtiene una reducción de masa
de todo el conjunto y, consecuentemente, un mejor comportamiento
mecánico, una mayor fiabilidad y un menor coste.
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 (2) destinado
a la circulación de los gases con intercambio de calor con un fluido
de refrigeración y un circuito en derivación (3) adecuado para hacer
circular los gases sin que sufran un enfriamiento sustancial, una
válvula de regulación (5) para la selección del circuito (2, 3) a
través del cual fluyen los gases, un depósito (6) acoplado a la
entrada o a la salida de una carcasa (4) del intercambiador (1)
mediante unos medios de unión (7), y una conexión (8) para la unión
del depósito (6) a la línea de recirculación de gases de escape,
caracterizado por el hecho de que el depósito (6) donde está
dispuesta la válvula de regulación (5), los medios de unión (7) y la
conexión (8) están integrados en un solo cuerpo (9) soldado en horno
a la carcasa (4) del intercambiador (1).
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el cuerpo (9) comprende una
abertura (10) para la colocación en su interior de la válvula de
regulación (5).
3. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la válvula de regulación
(5) incluye un obturador (12), medios de apertura y cierre, y medios
de accionamiento de la misma.
4. Sistema, según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que la válvula de regulación
(5) es una válvula de mariposa.
5. Procedimiento de fabricación aplicado al
sistema de la invención, según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado por el hecho de que consiste en
realizar las siguientes etapas:
- a)
- Montar el intercambiador de calor (1), ensamblando los componentes del circuito (2) de circulación de gases con intercambio de calor con el fluido de refrigeración y el circuito en derivación (3), y acoplando unos conductos de entrada y salida de fluido refrigerante en la pared exterior de la carcasa (4);
- b)
- Fabricar el cuerpo (9), el cual integra el depósito (6), los medios de unión (7), la conexión (8), y la abertura (10) para la válvula de regulación (5);
- c)
- Ensamblar el cuerpo (9) con los componentes del intercambiador de calor (1);
- d)
- Soldar en horno el conjunto formando por el cuerpo (9) y el intercambiador de calor (1) en una única etapa;
- e)
- Obtener una válvula de regulación (5) que incluye el obturador (12), los medios de apertura y cierre, y los medios de accionamiento de la misma;
- f)
- Introducir el obturador (12) de la válvula de regulación (5) en el interior del cuerpo (9) a través de la abertura (10), de modo que dicho obturador (12) quede centrado y alineado con el circuito en derivación (3); y
- g)
- Fijar la válvula de regulación (5) al cuerpo (9) por medio de elementos de tornillería, remaches o soldadura.
6. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que después de la etapa d) se
coloca sobre la abertura (10) una junta de estanqueidad (11) en el
caso de que la fijación de la válvula de regulación (5) al cuerpo
(9) se lleve a cabo mediante elementos de tornillería o
remaches.
7. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que el depósito (6), los medios
de unión (7) y la conexión (8) que constituyen el cuerpo (9) se
fabrican de una sola pieza.
8. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que el depósito (6), los medios
de unión (7) y la conexión (8) que constituyen el cuerpo (9) se
fabrican por separado y se sueldan en horno después.
9. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que la fabricación del cuerpo
(9) se realiza mediante fundición y mecanizado.
10. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que la fabricación del cuerpo
(9) se realiza por estampación.
11. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que la fabricación del cuerpo
(9) se realiza por hidroformación.
12. Procedimiento, según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que el cuerpo (9) se fabrica de
acero inoxidable.
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