BR102013000421A2 - Sistema de ar condicionado para um veículo automotor - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE AR CONDICIONADO PARA UM VEÍCULO AUTOMOTOR. Em um sistema de ar condicionado para veículos automotores, o radiador (2) para aquecimento do compartimento de passageiros (10) é excluído da conexão com o circuito para resfriamento do motor quando o aquecimento do compartimento de passageiros (10) não é requerido. Em referida condição, uma válvula misturadora (M) que controla o fluxo de ar (F) a jusante de um evaporador (12) do circuito para resfriamento do veículo automotor é ajustada em uma posição intermediária, em que parte do fluxo de ar que deixa o evaporador (12) flui diretamente no compartimento de passageiros do veículo automotor, mantendo-o resfriado, enquanto que parte do fluxo de ar que deixa o evaporador (12) flui através do previamente indicado radiador de aquecimento, que em referida condição funciona como acumulador de frio. Nas etapas em que o compartimento de passageiros (10) precisa continuar sendo resfriado, mas o circuito de resfriamento se encontra temporariamente desativado, por exemplo, devido a uma parada do motor do veículo automotor devido a uma estratégia do tipo para e anda, o resfriamento do compartimento de passageiros é assegurado pelo previamente indicado radiador (2) que em referida etapa fornece o frio previamente acumulado no fluxo de ar que atravessa o mesmo antes de atingir o compartimento de passageiros (10).

Description

"SISTEMA DE AR CONDICIONADO PARA UM VEÍCULO AUTOMOTOR"
A presente invenção refere-se a sistemas de ar condicionado para veículos automotores, do tipo que compreende:
- um evaporador para resfriamento do ar, que integra um circuito de resfriamento e interposto em um percurso de um fluxo de ar;
- um radiador para aquecer ar, conectado ao circuito do líquido para resfriamento do motor de combustão interna do veículo automotor, e instalado no percurso previamente indicado do fluxo de ar, a jusante do evaporador; e
- uma válvula misturadora, por exemplo, em forma de uma portinhola oscilante, para dirigir o fluxo de ar que deixa o evaporador totalmente através do radiador de
aquecimento, ou então, totalmente e diretamente para o compartimento de passageiros sem passar através do radiador de aquecimento, ou, então, em parte através do radiador de aquecimento e em parte diretamente ao compartimento de passageiros.
Em todos os veículos com motor de combustão interna, o desligamento do motor carreia interrupção simultânea da geração de frio por conta da parada do compressor formando parte do circuito de resfriamento. Normalmente, de fato, referido compressor é impelido pelo motor de combustão interna (o problema discutido aqui não existe nos casos em que o compressor é impelido por um motor elétrico). Quando o motor do veículo automotor pára, o evaporador do circuito de resfriamento perde sua capacidade de resfriar o fluxo de ar dirigido ao compartimento de passageiros do veículo automotor em virtude da falta de um fluxo de refrigerante em seu interior. Nessa condição, o evaporador tende a aquecer em poucos segundos. Referido fenômeno penaliza, acima de tudo, veículos automotores equipados com um sistema para e anda em que, sempre que a estratégia para e anda é implementada causando desligamento do motor, o circuito de resfriamento cessa de realizar sua função de resfriamento do compartimento de passageiros.
Para superar referida desvantagem, propôs-se adotar, em lugar de um evaporador de um tipo convencional, um evaporador especial incluindo uma porção que não é projetada para geração de ar frio a ser usado imediatamente, mas, ao invés, para acúmulo de frio, para subsequente fornecimento do frio acumulado no momento em que o motor do veículo automotor é desligado. Referida solução acarreta basicamente um aumento da inércia térmica do evaporador, como a desaceleração do seu aquecimento sempre que o circuito de resfriamento cessa de funcionar. No entanto, referida solução desacelera a etapa inicial de resfriar do compartimento de passageiros do veículo automotor quando o motor é reiniciado após uma parada na medida em que parte do frio gerado pelo circuito de resfriamento não é usada imediatamente para resfriamento do compartimento de passageiros, mas é usada para resfriar a parte do evaporador que funciona como acumulador.
O objeto da presente invenção consiste em superar as devantagens do estado da técnica ao proporcionar um sistema de ar condicionado que assegurará um resfriamento eficiente do compartimento de passageiros do veículo automotor em qualquer condição de operação e, em particular, também durante paradas temporárias do motor, como por exemplo, após a ativação de um dispositivo para e anda. Um objeto adicional da invenção é o de alcançar o objetivo previamente indicado
sem penalizar a eficiência de resfriamento em qualquer outra condição de operação e em particular na partida do motor após uma parada prolongada do veículo automotor.
Outro objeto adicional da invenção é o de alcançar o objetivo previamente indicado com meios simples e econômicos. Considerando a obtenção dos objetivos acima, o objeto da invenção é um sistema
de ar condicionado apresentando as características que foram referidas no início da presente descrição, e caracterizado adicionalmente pelo fato de que, na conexão entre o radiador de aquecimento e o circuito do líquido para resfriamento do motor, proporciona-se uma válvula de bypass, que pode ser ativada para excluir o radiador de aquecimento do circuito do líquido para resfriamento do motor, e pelo fato de que se proporciona meios de controle, configurados para ativar referida válvula de bypass e para manter a previamente indicada válvula misturadora em uma posição intermediária quando o aquecimento do compartimento de passageiros não é requerido e o circuito de resfriamento se encontra ativo, de modo que em referidas condições a massa radiante de referido radiador de aquecimento funciona como acumulador de frio, que pode ser usado subseqüentemente para manter o compartimento de passageiros resfriado, também durante uma parada temporária do circuito de resfriamento.
No sistema de acordo com a invenção, quando a previamente indicada válvula de bypass é ativada, o radiador para aquecer ar não fica mais envolvido na circulação do líquido para resfriamento do motor e, portanto, pode realizar a função de acumulador de frio. Assim, referida solução permite a separação da função de geração do frio que será usado imediatamente para resfriamento do compartimento de passageiros do veículo automotor, o que é realizado pelo evaporador do circuito de resfriamento, da função de acúmulo de frio a ser usado subseqüentemente, durante paradas temporárias do motor, o que é realizado pelo radiador de aquecimento. Consequentemente, em condições normais de operação, e em particular após a partida do motor subsequente a uma parada prolongada do veículo, toda a massa do evaporador pode ser dedicada ao resfriamento do compartimento de passageiros do veículo automotor imediatamente de modo a reduzir a um mínimo o tempo necessário para trazer o compartimento de passageiros à temperatura preferida. Ao mesmo tempo, durante paradas temporárias do motor causadas, por exemplo, por um dispositivo para e anda, a massa do radiador de aquecimento, previamente resfriada na etapa de acumulação, garante o fluxo de ar frio ao compartimento de passageiros. Um objeto adicional da presente invenção é o método para controlar o sistema de ar condicionado que é implementado por meio do sistema descrito acima.
De preferência, os meios de controle previamente indicados são meios de controle eletrônicos projetados para controlar tanto a ativação da válvula de bypass previamente indicada e a posição da válvula misturadora previamente indicada, e também a operação do compressor do circuito de resfriamento. Em referida concretização preferida, os meios de controle eletrônicos são prearranjados para ativar a função de acúmulo de frio pelo radiador de aquecimento também durante as etapas de desaceleração do veículo.
Características e vantagens adicionais da invenção emergirão da descrição a seguir com referência aos desenhos anexos, que são proporcionados puramente como exemplo não-limitante e em que:
- Figura 1 é um esquema do motor de combustão interna de um veículo automotor e de um radiador para aquecer o compartimento de passageiros do veículo automotor conectado ao circuito para resfriar o motor, implementado com a válvula de bypass
proporcionada no sistema de acordo com a invenção;
- Figuras 2 e 3 ilustram um esquema de um sistema para fornecer o ar ao compartimento de passageiros do veículo automotor em duas condições de operação diferentes, de acordo com a estratégia que forma o objeto da presente invenção; e
- Figuras 4 e 5 são diagramas que ilustram as vantagens da presente invenção com referência à eficiência de resfriamento do compartimento de passageiros do veículo
automotor também nas etapas em que o compressor do circuito de resfriamento está parado.
A presente invenção é aplicada a um veículo automotor equipado com um motor de combustão interna 1 (ilustrado como um todo na Figura 1) e com um radiador 2 para aquecer o compartimento de passageiros do veículo automotor conectado ao circuito para resfriamento do motor 1. Em particular, com referência à Figura 1, o radiador 2 recebe líquido quente que deixa o circuito para resfriar o motor 1 via um primeiro duto de conexão 3. O líquido quente atravessa o radiador 2, de acordo com a técnica convencional, fornecendo calor à massa radiante do radiador 2 e então retorna ao circuito para resfriamento do motor 1 via um duto 4.
Para os fins da presente invenção, o arranjo convencional descrito acima é implementado introduzindo-se no duto de entrada 3 do radiador 2 uma válvula de bypass 5, de qualquer tipo conhecido, de preferência, controlada eletronicamente por uma unidade de controle E. Quando a válvula de bypass 5 está inativa, ela não impede a chegada de líquido quente proveniente do motor 1, através do duto 3, até o radiador 2. Quando a válvula de bypass 5 é ativada, ela ocasiona que o líquido quente proveniente do motor flua em um duto de bypass 6 que converge no duto de retorno 4 de modo que o radiador 2 não é atravessado pela circulação do líquido para resfriamento do motor.
A Figura 2 mostra, em seção transversal, num plano vertical paralelo ao sentido longitudinal do veículo automotor, um exemplo de concretização de um conjunto 7 para fornecer ar condicionado ao compartimento de passageiros de um veículo automotor. O conjunto 7 tem uma estrutura 8, com uma saída 9 para o fluxo de ar condicionado, sobre a qual repousa o painel de instrumentos do veículo automotor (não ilustrada). De acordo com a técnica convencional, o painel de instrumentos é dotado de uma ou mais bocas para difusão do ar tanto adjacente ao parabrisas do veículo automotor e na parte frontal do painel de instrumentos, e também na proximidade do assoalho do veículo automotor, para dirigir ar condicionado no interior do compartimento de passageiros 10 (na Figura 2 a direção do avanço do veículo automotor é indicada pela seta A).
De acordo com uma técnica conhecida per se, o conjunto 7 inclui um ventilador 11 para fornecer um fluxo de ar F ao compartimento de passageiros 10 do veículo automotor, através das bocas no painel de instrumentos. Instalado ao longo do percurso do fluxo F encontra-se um evaporador 12 que faz parte do circuito de resfriamento com o qual o veículo automotor está equipado, com um duto de entrada 12a e um duto de saída 12b para o fluido do circuito de resfriamento.
Também instalado a jusante do evaporador 12, ao longo do percurso do fluxo de ar F, encontra-se o radiador 2 para aquecer o compartimento de passageiros, com os dutos de saída 3, 4.
Novamente, de acordo com uma técnica conhecida per se, instalada entre o evaporador 12 e o radiador de aquecimento 2 encontra-se uma válvula misturadora M, que no exemplo ilustrado é constituída de uma portinhola montada de maneira oscilante em torno de um eixo M1 e móvel (de preferência, por meio de um motor elétrico controlado pela unidade de controle eletrônico E) entre uma primeira posição de operação (ilustrada na Figura 2), em que todo o fluxo de ar que deixa o evaporador 12 é conduzido diretamente para a saída 9 e para o interior do compartimento de passageiros 10 do veículo automotor, sem ser ocasionado a passar através do radiador 2, e uma posição de operação oposta (ilustrada com uma linha tracejada na Figura 2), em que todo o fluxo de ar que deixa o evaporador 12 é conduzido através do radiador de aquecimento 2 antes de ser enviado ao compartimento de passageiros 10 (como indicado pelas setas G).
Como se pode ver na Figura 3, a portinhola de misturação M pode ser ajustada em uma posição intermediária, em que o fluxo de ar que deixa o evaporador 12 se divide em dois fluxos: um primeiro fluxo F1 atravessa o radiador 2 e, depois, alcança a saída 9, enquanto que um segundo fluxo F2 é enviado diretamente à saída 9 e ao compartimento de passageiros 10 sem passar através do radiador de aquecimento 2.
Como já se discutiu acima, sistemas convencionais em que o compressor do circuito de resfriamento é impelido pelo motor de combustão interna do veículo automotor apresentam a desvantagem de uma interrupção do resfriamento do compartimento de passageiros durante uma parada temporária do motor devida, por exemplo, à ativação de um dispositivo do tipo para e anda. Para superar referida desvantagem, de acordo com a presente invenção considera-se, como já mencionado, o uso da previamente indicada válvula de bypass 5, que permite a exclusão do radiador de aquecimento 2 da circulação do líquido para resfriamento do motor, e os meios de controle da válvula de bypass 5 e da válvula misturadora M são configurados (no caso aqui ilustrado por meio de programação do software da unidade de controle eletrônico E) de tal modo que, em uma condição de operação em que o compartimento de passageiros do veículo automotor não precisa ser aquecido e o circuito de resfriamento se encontra ativo, a válvula 5 é ativada para excluir o radiador 2 da circulação do líquido de resfriamento, e a válvula misturadora M é ajustada em uma posição intermediária como aquela ilustrada na Figura 3 de modo a ocasionar, em qualquer caso, que uma parte do fluxo de ar que deixa o evaporador 12 atravesse o radiador 2. Nessas condições, parte do fluxo de ar frio é conduzido diretamente ao compartimento de passageiros do veículo automotor e é então usada imediatamente para resfriar o compartimento de passageiros, porém outra parte do fluxo de ar frio que deixa o evaporador é feita passar através do radiador 2, sendo que sua massa radiante funciona como um acumulador de frio.
Desta maneira, se a operação do circuito de resfriamento for subseqüentemente
interrompida em caráter temporário (por exemplo, na medida em que o motor do veículo automotor pára após implementação de uma estratégia do tipo para e anda) um fluxo de ar frio continua a ser fornecido ao compartimento de passageiros 10 em virtude do fato de que ele atravessa o radiador 2 que, nesta etapa, fornece o frio previamente acumulado. De preferência, em referida etapa de exploração do frio acumulado pelo radiador 2, a válvula misturadora M é colocada na posição representada por uma linha tracejada na Figura 2, onde todo o fluxo de ar é forçado a passar através do radiador 2.
Como se pode observar, o sistema de acordo com a invenção considera que o radiador para aquecimento do compartimento de passageiros 10 pode ser usado, quando referido aquecimento não é necessário, como acumulador de frio durante as etapas em que o aquecimento do compartimento de passageiros não é requerido e o circuito para resfriamento do veículo automotor se encontra ativo de tal modo a ser capaz de explorar o frio acumulado por referido radiador nas etapas em que se deseja o resfriamento do compartimento de passageiros, mas o circuito de resfriamento se encontra inativo. As Figuras 4 e 5 mostram as vantagens da invenção (Figura 5) em comparação
com a solução convencional (Figura 4).
No caso de sistemas convencionais, a situação é ilustrada na Figura 4. Em referida figura, a linha T indica a variação no tempo da temperatura do ar que entra no compartimento de passageiros do veículo automotor, começando em um momento zero em que o compressor do circuito de resfriamento é ativado. Como se pode ver, a temperatura, que é inicialmente elevada, cai progressivamente após resfriamento do fluxo de ar através do evaporador 12. Na Figura 4, a linha C indica (em porcento) o sinal elétrico para impelir o compressor do circuito de resfriamento. Como se pode ver, referida figura mostra um exemplo em que a operação do compressor é interrompida temporariamente durante dois minutos no momento t = 32 min. Após referida interrupção, a temperatura do ar sofre uma elevação aguda no mesmo intervalo de tempo, e então começa a cair novamente quando o compressor é reativado.
A Figura 5 mostra os mesmos diagramas obtidos com a presente invenção. Como se pode observar, na etapa de interrupção de operação do compressor C, a temperatura do ar eleva-se apenas ligeiramente graças ao fato de que, como ilustrado, em referida etapa e em qualquer caso, explora-se o frio acumulado pelo radiador 2. Na Figura 5, o diagrama D indica o percentual de ar que é fornecido ao radiador 2 via a válvula misturadora M. Como se pode observar, quando o compressor é desligado, a válvula M é ajustada na posição que alimenta todo o fluxo de ar através do radiador 2 de tal modo a explorar totalmente o frio previamente acumulado ali.
No caso de aplicação da invenção em um sistema de ar condicionado dotado de controle eletrônico do compressor, é possível otimizar a etapa de acumulação de frio via exploração das etapas de desaceleração do veículo para aumentar a produção de frio que se pretende acumular.
A válvula de bypass 5 do radiador 2 também pode ser usada durante a estação do inverno para acelerar a etapa de aquecimento do motor após uma partida a frio, excluindo momentaneamente o radiador de aquecimento 2 durante referida etapa de aquecimento do motor.
Evidentemente, sem prejuízo ao princípio da invenção, os detalhes da construção e as concretizações podem variar amplamente com relação ao que foi descrito e ilustrado aqui puramente a título de exemplo, sem afastar-se com isso do escopo da presente invenção.

Claims (6)

1. Sistema de ar condicionado de um veículo automotor, compreendendo: - um evaporador (2) para resfriamento do ar, que integra um circuito de resfriamento, e interposto em um percurso de um fluxo de ar (F); - um radiador (2) para aquecer o ar, conectado ao circuito do líquido para resfriamento do motor e instalado no percurso previamente indicado do fluxo de ar (F), a jusante do evaporador (12); e - uma válvula misturadora (M) para direcionar o fluxo de ar (F) que deixa o evaporador (12) totalmente através do radiador de aquecimento (2), ou então, totalmente e diretamente para o compartimento de passageiros (10), sem passar através do radiador de aquecimento (2), ou, então, em parte através do radiador de resfriamento (2) e em parte diretamente ao compartimento de passageiros (10), sendo que referido sistema de ar condicionado é caracterizado pelo fato de que, na conexão entre o radiador de aquecimento (2) e o circuito do líquido para resfriamento do motor, proporciona-se uma válvula de bypass (5) que pode ser ativada para excluir o radiador de aquecimento (2) do circuito do líquido para resfriamento do motor; e pelo fato de que meios de controle (E) são proporcionados, configurados para ativar referida válvula de bypass (5) e para manter a previamente indicada válvula misturadora (M) em uma posição intermediária quando o aquecimento do compartimento de passageiros (10) não é requerido e o circuito de resfriamento se encontra ativo, de modo que em referidas condições a massa radiante de referido radiador de aquecimento (2) funciona como acumulador de frio, que pode ser usado subseqüentemente para manter o compartimento de passageiros resfriado também durante uma parada temporária do circuito de resfriamento.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referidos meios de controle são meios de controle eletrônicos (E) programados para manter referida válvula misturadora (M) em referida posição intermediária quando o aquecimento do compartimento de passageiros (10) não é requerido e o circuito de resfriamento se encontra ativo de modo a explorar a massa radiante do radiador de aquecimento (2) como acumulador de frio, sendo que referidos meios de controle eletrônicos (E) são, ao invés, programados para deslocar a válvula misturadora (M) em uma posição em que todo o fluxo que deixa o evaporador (12) é forçado a passar através do radiador de aquecimento (2) nas condições em que o resfriamento do compartimento de passageiros (10) é desejado e o circuito de resfriamento se encontra temporariamente inativo de modo a explorar ao máximo o frio acumulado no radiador (2) para manter o compartimento de passageiros (10) resfriado.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referidos meios de controle são meios de controle eletrônicos programados para ativar a etapa de acumulação de frio no radiador (2) também nas etapas de desaceleração do veículo.
4. Método para controlar um sistema de ar condicionado de um veículo automotor, sendo que referido sistema compreende: - um evaporador (12) para resfriamento do ar, que integra um circuito de resfriamento, e interposto em um percurso de um fluxo de ar (F); - um radiador (2) para aquecer o ar, conectado ao circuito do líquido para resfriamento do motor e instalado no percurso previamente indicado do fluxo de ar (F), a jusante do evaporador (12); e - uma válvula misturadora (M) para direcionar o fluxo de ar (F) que deixa o evaporador totalmente através do radiador de aquecimento (2), ou então, totalmente e diretamente para o compartimento de passageiros (10), sem passar através do radiador de aquecimento (2), ou, então, em parte através do radiador de aquecimento (2) e em parte diretamente ao compartimento de passageiros (10), sendo que referido método é caracterizado pelo fato de que, localizada na conexão entre o radiador de aquecimento (2) e o circuito do líquido para resfriamento do motor, encontra-se uma válvula de bypass (5) que pode ser ativada para excluir o radiador de aquecimento (2) do circuito do líquido para resfriamento do motor, e pelo fato de que quando o aquecimento do compartimento de passageiros (10) não é requerido e o circuito de resfriamento se encontra ativo, a previamente indicada válvula de bypass (5) é ativada e a previamente indicada válvula misturadora (M) é ajustada em uma posição intermediária de modo que, em referida posição, a massa radiante de referido radiador de aquecimento (2) funnciona como acumulador de frio, que pode ser usado subseqüentemente para manter o compartimento de passageiros (10) resfriado também durante uma desativação temporária do circuito de resfriamento.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referida válvula misturadora (M) é mantida na previamente indicada posição intermediária quando o aquecimento do compartimento de passageiros (10) não é requerido e o circuito de resfriamento se encontra ativo, enquanto que referida válvula misturadora (M) é ajustada em uma posição em que todo o fluxo que deixa o evaporador (12) é forçado a passar através de referido radiador de aquecimento (2) para explorar o frio ali acumulado quando o resfriamento do compartimento de passageiros (10) é requerido e o circuito de resfriamento se encontra temporariamente desativado.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de acumulação de frio no radiador de aquecimento (2) é ativada também durante as etapas de desaceleração do veículo.
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Free format text: EM VIRTUDE DO ARQUIVAMENTO PUBLICADO NA RPI 2344 DE 08-12-2015 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDO O ARQUIVAMENTO DO PEDIDO DE PATENTE, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013.