Eficiencia personalizada y rendimiento optimizado con válvulas de mariposa de escape

Al aprender sobre componentes que ayudan a que los vehículos funcionen de manera más eficiente y segura, es fundamental conocer las válvulas de mariposa de escape. Una válvula de mariposa de escape es una parte del motor que controla cómo los gases de escape salen del motor. Ayuda a reducir la contaminación al hacer que el motor trabaje más para calentar el sistema de postratamiento más rápidamente. También se puede utilizar como freno de motor creando resistencia dentro del motor.

Cummins Components and Software has developed Exhaust Throttle Valves (or Exhaust Brakes) to improve thermal management to enable engine manufacturers to meet strict emission standards. Al aprovechar los sistemas avanzados de manejo de aire, estas válvulas ofrecen una solución rentable y personalizable con una estrategia de servicio modular para reducir los costos de propiedad.

Este artículo explora el papel de una válvula reguladora de escape y su impacto en el avance de la eficiencia del transporte comercial.

Cómo funcionan las válvulas de mariposa de escape

La válvula del acelerador de escape es una válvula con forma de mariposa ubicada aguas abajo del turbocompresor, responsable de regular el flujo de gases de escape. Es operado por electrónica, mecánica o neumática, lo que ayuda con la gestión térmica de los gases de escape y respalda los sistemas de postratamiento.

Las válvulas de mariposa de escape mejoran la gestión térmica al aumentar la contrapresión. Los sistemas avanzados de reducción catalítica selectiva (SCR) requieren una temperatura mínima de 250 °C para un rendimiento óptimo, que las válvulas de mariposa de escape ayudan a lograr. La válvula de mariposa hace que el motor trabaje más y se caliente más rápidamente al proporcionar una mayor resistencia al flujo de aire durante la carrera de escape. También hace que el sistema de combustible inyecte combustible adicional, elevando la temperatura, activando el catalizador y reduciendo aún más las emisiones de NOx e hidrocarburos.

El segmento comercial de componentes y software de Cummins aplica este mismo principio para mejorar el frenado del motor: una mayor presión de escape aumenta la resistencia del motor durante el frenado, lo que ayuda a reducir la velocidad del vehículo.

Componentes clave de la válvula de mariposa de escape y sus funciones

Componentes externos

• Actuador eléctrico o neumático: Opera la válvula entregando torque.

• Soporte del actuador: sostiene el actuador y proporciona puntos de montaje para mazos de cables y protectores térmicos.

• Placa impulsora: traduce el movimiento del actuador en rotación del eje y retiene el resorte externo.

• Resorte: Garantiza la apertura de la válvula a prueba de fallos en caso de corte de energía y proporciona precarga en el conjunto de la válvula.

• Carcasa del cuerpo de la válvula: alberga los componentes, gestiona el flujo de escape y soporta el resorte externo.

Componentes internos

• Casquillo: sujeta el eje de la válvula, controla la holgura y permite una baja fricción para un funcionamiento suave.

• Flap: Regula el flujo de gases de escape ajustando el Área de flujo efectivo (EFA).

• Circlip: Evita el movimiento axial del casquillo superior y actúa como dispositivo de seguridad.

• Arandela cónica: Sella el conjunto de la válvula para evitar fugas de gas y reduce el desgaste del eje.

• Tapón inferior: Sella el casquillo inferior para evitar fugas de escape y brindar seguridad.

Las válvulas de mariposa de escape desempeñan un papel crucial en diversas tecnologías de motores

Las válvulas de mariposa de escape ofrecen una solución rentable y personalizada para los mercados emergentes, y son más asequibles que alternativas como los turbos de geometría variable. La válvula del acelerador de escape está diseñada teniendo en cuenta normativas estrictas, como la BS6 de la India, la NS6 de China y la EU6 de la Unión Europea. Cummins está mejorando las capacidades de las válvulas de mariposa de escape para respaldar una mejor gestión térmica y frenado del motor.

• Tecnología diésel (Euro 6): Las válvulas de mariposa de escape se utilizan en todos los programas de motores Cummins Euro 6. En todos ellos, una válvula de mariposa de escape está situada detrás del turbo. Cuando se acciona la válvula de mariposa de escape en un motor, la válvula obstruye el flujo de gases de escape, lo que hace que el motor trabaje más y aumenta la temperatura del gas. La trampilla de escape también se puede utilizar durante un evento de regeneración del DPF elevando la temperatura de los gases de escape.

• Tecnología de motor de combustión interna de hidrógeno (H2ICE): los motores H2ICE requieren válvulas de mariposa de admisión, con una arquitectura y principio de funcionamiento similar a una válvula de mariposa de escape. También en este caso, la idea es restringir o permitir el flujo de gases para optimizar el rendimiento del motor, reducir las emisiones y mejorar la eficiencia del combustible.

• Tecnología de celda de combustible: las celdas de combustible tienen tres válvulas que también funcionan de manera similar a la válvula del acelerador de escape, con capacidades adicionales para resistir la fragilidad y suprimir mejor las fugas de combustibles de hidrógeno que son menos densos que el gas natural o los líquidos. Estas válvulas tienen soluciones de sistemas de sellado personalizadas que incluyen elastómeros adicionales y materiales especiales que son compatibles con el entorno de hidrógeno más intenso.

Innovación en válvulas de mariposa de escape para futuras normas de emisiones

Las próximas regulaciones sobre emisiones como EPA27, CARB27, EU7 y NS7 están impulsando la innovación en tecnologías de postratamiento, afectando particularmente al acelerador de escape. Cummins está a la vanguardia de estos desarrollos.

Un nuevo enfoque, la dosificación dual, implica un sistema SCR de acoplamiento cerrado en el que el líquido de escape diésel (DEF) se inyecta inmediatamente después del turbo o incluso directamente en él. Esto expone el acelerador de escape al DEF antes de que se descomponga por completo, lo que provoca posible corrosión y fallas del motor. En respuesta, Cummins Components and Software desarrolló una nueva generación de válvulas reguladoras de escape de alto rendimiento fabricadas con materiales resistentes al DEF y se logran bajos niveles de fugas externas en cada acelerador de escape, lo cual es especialmente importante para aplicaciones de combustible alternativo como gas natural y H2 ICE.

Para brindar soluciones rentables, Cummins ha reducido el uso de acero inoxidable en las carcasas para reducir costos, ha mejorado la durabilidad del actuador para evitar fallas y se ha adaptado a los estándares de emisiones modernos con nuestro sistema SCR de dosificación dual y aceleradores de escape. Los componentes y el software de Cummins ofrecen varias configuraciones de acelerador de escape, incluidos aceleradores de doble posición para control fijo y aceleradores de escape de posición variable para una gestión precisa de la contrapresión. Estos pueden controlarse electrónicamente o neumáticamente y hay disponible un control de circuito cerrado para ayudar a mantener la temperatura necesaria para una reducción eficaz de las emisiones.

A medida que el transporte y la generación de energía evolucionan, las válvulas de mariposa de escape seguirán siendo vitales para cumplir con estándares de emisiones más estrictos y mejorar el rendimiento del motor. Mañana de Cummins.