BRPI0619971A2

BRPI0619971A2 - válvula de drenagem

Info

Publication number: BRPI0619971A2
Application number: BRPI0619971-2A
Authority: BR
Inventors: Erik Dahl; Katarina Jemt
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2011-10-25
Also published as: US20080302327A1; WO2007069972A1; EP1963639A1; CN101331300A; SE528973C2; SE0502823L; CN101331300B

Abstract

VáLVULA DE DRENAGEM. A presente invenção se refere a um refrigerador de carga a ar (100), compreendendo uma disposição de drenagem para drenagem de matéria condensada a partir do espaço interno do refrigerador de carga a ar (100). Em concordância com a presente invenção, a disposição de drenagem compreende uma abertura (110) em uma porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100) . Pelo menos um membro (120; 180) é posicionado para abertura e fechamento de referida abertura (110) . O pelo menos um membro (120; 180) é controlado para fechamento e abertura de referida abertura (110) responsiva para mudanças de temperatura.

Description

"VALVULA DE DRENAGEM"

CAMPO TECNICO DA PRESENTE INVENCAO

A presente invenção se refere a um refrigerador de carga a ar, compreendendo uma disposição de drenagem para drenagem de matéria condensada a partir do espaço interno do refrigerador de carga a ar. A disposição de drenagem compreende uma abertura em uma porção de fundo do refrigerador de carga a ar, em que pelo menos um membro é posicionado para abertura e fechamento de referida abertura.

PANORAMA DO ESTADI DA TECNICA DA PRESENTE INVENCAO

Para motores a pistão turbocharged, tem se tornado mais ou menos padrão (standard) de indústria proporcionar um refrigerador de carga a ar entre o turbocharger e a admissão (entrada) do motor. Um refrigerador de carga a ar refrigera o ar comprimido, quente a partir do turbocharger precedentemente à entrada de admissão de motor. Por esta refrigeração, algumas vantagens importantes, que de per se são bem conhecidas por pessoas especializadas no estado da técnica, são conseguidas. Por exemplo, o motor irá atingir força (energia) mais alta, consumo de combustível reduzido e emissões reduzidas.

Existem, entretanto, alguns problemas conectados para a utilização de refrigeradores de carga a ar, o problema o mais severo talvez sendo o de que o vapor de água no ar comprimido provavelmente vem a se condensar no refrigerador de carga a ar. A água condensada irá descender para uma porção de fundo do refrigerador de carga a ar, onde ela poderia bloquear o caminho da fluência de ar através do refrigerador de carga a ar.

O problema com água condensada é ainda mais sério durante períodos de inverno em áreas onde temperaturas de congelamento ocorrem. Em temperaturas de congelamento, a água condensada no refrigerador de carga a ar pode congelar para (se transformar em) gelo. Como é bem conhecido, gelo tende a se expandir comparado com água; e esta expansão poderia arruinar espaços confinados onde o congelamento ocorre, por exemplo, no refrigerador de carga a ar. Adicionalmente, o gelo poderia bloquear o caminho de ar conduzindo a partir do turbocharger para o motor. Como pode ser entendido, as condições de funcionamento de motores irão ser severamente perturbadas se o fluxo de ar em vias de adentrar o motor estiver perturbado.

Para evitar que água condensada venha a se acumular em refrigeradores de carga a ar, é rotineiro perfurar um pequeno furo (diâmetro de 1 mm - 10 mm) em uma porção de fundo do refrigerador de carga a ar. Este furo irá possibilitar drenagem de água a partir do refrigerador de carga a ar, portanto evitando referido problema com acúmulo de água. A provisão de um furo é, entretanto, desvantajosa a partir de diversos pontos de vista. Primeiramente, o furo irá possibilitar que não somente água, mas também que ar comprimido, venham a escapar do refrigerador de carga a ar. Como pode ser entendido, possibilitando que ar comprimido venha a escapar, o refrigerador de carga a ar contraria a idéia fundamental com o refrigerador de carga a ar, a saber, a de deixar uma grande massa de ar através da tomada (entrada) de motor. Em segundo lugar, existe um risco primordial de que um pequeno furo fique bloqueado, o que evidentemente nos coloca de volta ao primeiro ponto, a saber, o problema com água condensada ou gelo bloqueando ou arruinando o refrigerador de carga a ar. Em terceiro lugar, existem condições de funcionamento de motor onde a pressão no refrigerador de carga a ar é menor do que a pressão ambiente. Sob tais condições, ar irá ser extraído (drenado) para o refrigerador de carga a ar através do pequeno furo. 0 ar passando para o refrigerador de carga a ar através do pequeno furo não foi filtrado, o que é o caso para outra tomada (entrada) de ar, o que aumenta o risco de sujeira ou materiais abrasivos serem possibilitados de adentrar as áreas de combustão sensíveis do motor.

Um quarto problema da técnica conhecida é o de que é menos importante, ou mesmo desnecessário, se ter um furo de drenagem em mercados onde temperaturas de congelamento não estão presentes. Em tais mercados, o pequeno furo de drenagem poderia ser omitido, o que poderia conduzir a problemas posteriores se um motor de segunda mão é vendido a um cliente em um clima mais frio.

Em um projeto conhecido, uma válvula de flutuação é posicionada para abrir o furo de drenagem quando existe água no refrigerador de carga a ar. Na medida em que a água é drenada, a válvula de flutuação irá fechar o furo de drenagem e interromper drenagem adicional e vazamento de ar. Existe, entretanto, uma séria desvantagem com utilização de válvulas de flutuação, a saber, o de que elas fecham, ou dão partida em fechamento, antes que toda a água venha a ser drenada. Portanto, existe um risco de que nem toda a água virá a ser drenada a partir do refrigerador de carga a ar, o que aumenta o risco de dano por congelamento de água. Existe também um risco de que tal válvula venha a ficar aderida (presa) na posição de abertura ou de fechamento.

Portanto, o objetivo da presente invenção é o de apresentar uma solução de drenagem que pode ser utilizada para todos os mercados, que proporciona uma drenagem suficiente, reduz o risco de bloqueio, possui um risco limitado de vir a ficar aderida em uma posição aberta ou fechada, drena toda a água presente e não implica em vazamento de ar comprimido.

RESUMO DA PRESENTE INVENÇÃO

Os problemas anteriormente mencionados são solucionados por pelo menos um membro controlado para fechar e abrir referida abertura responsiva para mudanças de temperatura.

Em uma concretização preferida da presente invenção, o membro é uma lingüeta bi-metálica disposta para cobrir a abertura acima de uma determinada temperatura. Esta concretização da presente invenção é uma solução simples e eficiente em custos para o problema. Em algumas concretizações da presente invenção, a lingüeta bi-metálica é colocada sobre uma superfície externa do refrigerador de carga a ar.

A lingüeta bi-metálica pode ser feita a partir de um metal de folha de níquel e aço. Esta mistura de metal é uma mistura bem conhecida para alcançar propriedades bi- metálicas plausíveis. Em uma outra concretização da presente invenção, uma disposição de termostato é conectada para uma placa de válvula abrindo e fechando referida abertura responsiva para mudanças de temperatura. Esta concretização da presente invenção é ligeiramente mais complexa, mas é sensível para temperatura efetiva de ar, mais preferivelmente do que temperatura de refrigerador de carga a ar. Esta concretização da presente invenção pode ser adicionalmente desenvolvida em que uma segunda placa de válvula poderia ser colocada sobre o exterior do refrigerador de carga a ar, e ser conectada de maneira tal que a segunda placa de válvula fecha a abertura quando a temperatura da disposição de termostato está sob uma temperatura pré-determinada. Esta concretização da presente invenção é benéfica em que a abertura irá ser coberta durante um intervalo de temperatura maior, portanto evitando que sujeira ou material abrasivo venham a ser sugados para o refrigerador de carga a ar.

Este efeito poderia também ser obtido por uma segunda lingüeta bi-metálica para abrir a abertura acima de uma segunda temperatura e cobrir a abertura sob referida segunda temperatura em que a segunda temperatura é menor do que a determinada temperatura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá ser explanada em maiores detalhes posteriormente, de uma maneira não limitante, por intermédio de exemplos de concretizações preferidas, com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes, nos quais: A Figura 1 é uma vista esquemática de uma primeira concretização da presente invenção, em que uma lingüeta bi- metálica é utilizada para abrir e fechar uma abertura em um refrigerador de carga a ar;

A Figura 2 é uma vista esquemática de uma segunda concretização da presente invenção, em que a lingüeta bi- metálica é colocada sobre um exterior do refrigerador de carga a ar;

A Figura 3 é uma vista esquemática de uma terceira concretização da presente invenção, em que duas lingüetas bi-metálicas são utilizadas para alcançar uma faixa de temperatura limitada na qual a abertura é aberta;

A Figura 4 é uma vista esquemática de uma quarta concretização da presente invenção, em que um termostato é utilizado para abrir e fechar a abertura no refrigerador de carga a ar; e

A Figura 5 é uma vista esquemática de uma quinta concretização da presente invenção, em que uma disposição de termostato é utilizada para alcançar uma faixa de abertura de temperatura limitada.

Em todas as Figuras, uma porção do refrigerador de carga a ar é ampliada para mostrar detalhes da drenagem.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA PRESENTE INVENÇÃO

Nesta descrição, numerais de referência iguais irão ser utilizados para componentes iguais das concretizações da presente invenção.

Todas as Figuras mostram um refrigerador de carga a ar (100) para um motor a pistão. 0 refrigerador de carga a ar (100) é de um tipo padrão (standard) , e compreende uma entrada (admissão) (I) para ar comprimido quente a partir de um turbocharger e uma saida (exaustão) (O) para ar comprimido frio para entrega para uma tomada (entrada) de motor. Com referência para as Figuras 1 - 3, a porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100) possui uma abertura (110) , que sob determinadas condições é coberta por uma lingüeta bi-metálica (120). Em alguns casos, poderia ser vantajoso se a abertura (110) fosse conectada para um niple (bico) (130), por exemplo, para conexão para uma mangueira (não mostrada) para condução de matéria condensada para um ponto onde ela poderia ser descarregada. Na concretização da presente invenção mostrada na Figura 1, a lingüeta bi-metálica é colocada dentro da porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100).

Na Figura 2, uma concretização da presente invenção similar como na Figura 1 é mostrada, mas uma lingüeta bi- metálica (120') é colocada sobre o exterior da porção de fundo.

Na Figura 3, duas lingüetas bi-metálicas (120, 120') são colocadas para cobrir a abertura (110) , em que a lingüeta bi-metálica (120) é colocada no interior do refrigerador de carga a ar (100), e a lingüeta bi-metálica (120') é colocada no exterior do refrigerador de carga a ar (100). A função desta disposição irá ser descrita posteriormente.

Uma concretização da presente invenção um pouco diferente é mostrada na Figura 4. Nesta concretização da presente invenção, um alojamento de termostato (150) é colocado dentro da porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100). Uma haste de pistão (160) conecta o alojamento de termostato (150) e uma placa de válvula (180). Sobre a extremidade da haste de pistão (160), existe um repressor (interrupção) (170). A haste de pistão (160) e a placa de válvula (180) são conectadas em um relacionamento de planeio, o que significa que a placa de válvula (180) pode planar (deslizar) "ascendentemente" sobre a haste de pistão (160), isto é, para fora a partir do repressor (170). Adicionalmente, uma mola (200) é colocada entre o alojamento de termostato (150) e a placa de válvula (180). A mola (200) inclina a placa de válvula (180) contra a abertura (110), ou contra o repressor (170), e assegura que a placa de válvula (180) seja pressionada em direção da abertura (110) quando a haste de pistão (160) está em uma posição estendida. A mola (200) também assegura que a placa de válvula (180) venha a seguir o repressor (170).

A quinta concretização da presente invenção, mostrada na Figura 5, se assemelha à concretização da presente invenção mostrada na Figura 4, mas em concordância com a quinta concretização da presente invenção, uma placa de válvula adicional (180') é colocada sobre o exterior do refrigerador de carga a ar (100). 0 repressor (170) é colocado dentre as placas de válvula (180, 180').

Aqui posteriormente, a função da presente invenção irá ser descrita com referência aos componentes anteriormente mencionados.

As lingüetas bi-metálicas (120, 120') em concordância com a primeira concretização e a segunda concretização da presente invenção são lingüetas bi-metálicas convencionais que são projetadas para serem retas sob condições de alta temperatura e encurvadas sob condições de baixa temperatura. Como pode ser observado na Figura 1 e na Figura 2, lingüetas bi-metálicas retas irão fechar a abertura (110), e lingüetas bi-metálicas encurvadas irão abrir a abertura (110). Por intermédio disto, um efeito muito benéfico é obtido, a saber, que a abertura (110) irá ser fechada durante operação de motor [quando o ar adentrando o refrigerador de carga a ar (100) está acima de uma temperatura onde a lingüeta bi-metálica (120) é reta o suficiente para fechar o furo (110)]. Quando o motor é desligado, e a temperatura ambiente é baixa o suficiente, a lingüeta bi-metálica (120') irá se encurvar, portanto deixando a abertura (110) e possibilitando que matéria condensada venha a escapar da porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100).

Lingüetas bi-metálicas são bem conhecidas por pessoas especializadas no estado da técnica, mas a função de tais lingüetas irá ser, todavia, brevemente explanada. Fundamentalmente, uma lingüeta bi-metálica compreende duas folhas (lâminas) de metal que foram fundidas juntamente, por exemplo, por soldagem, soldagem com latão (soldagem forte), colagem, soldagem por cobre, soldagem por explosão ou qualquer outro recurso de junção de metal conhecido no estado da técnica. Os metais utilizados deveriam possuir diferentes propriedades de expansão térmica. Um exemplo comum de tais metais é níquel - aço. Por fusão de dois metais com diferente expansão térmica, uma peça de metal possuindo as propriedades desejadas, a saber, diferente aglutinação (ligação) sob diferença de temperatura, pode ser obtida.

Na primeira concretização e na segunda concretização da presente invenção, a abertura (110) irá ser aberta em todas as temperaturas abaixo de um determinado limiar de temperatura que, por exemplo, poderia ser de 20 graus Celsius (°C). Não é, entretanto, desejado possuir uma abertura (110) sendo aberta em temperaturas muito baixas, por exemplo, de alguns graus abaixo da temperatura de congelamento, na medida em que isto aumenta o risco de inalação de sujeira e impurezas para o sistema de indução de motor. Na medida em que o condensado o mais comum irá ser água, e água se transforma em gelo em tais baixas temperaturas, um furo aberto poderia não drenar água de qualquer maneira. Possuindo uma abertura aberta (110) se aumenta o risco de inalação de sujeira e impurezas para o sistema de indução de motor. Em concordância com a terceira concretização da presente invenção, a faixa de temperatura na qual a abertura (110) é aberta é minimizada por proporcionar duas lingüetas bi-metálicas (120, 120') cobrindo a abertura (110), em que a lingüeta (120) é colocada sobre o interior do refrigerador de carga a ar (100) e abre em temperaturas acima de um valor de limiar alto, por exemplo, de 20 graus Celsius (°C)r e a outra lingüeta bi-metálica (120') é colocada sobre o exterior do refrigerador de carga a ar (100) e fecha a abertura (110) em temperaturas abaixo de um valor de limiar baixo, por exemplo, de -5 graus Celsius (°C). Pela terceira 30 concretização da presente invenção, um sistema de drenagem possuindo uma faixa de temperatura grande desnecessária na qual a abertura (110) é aberta, pode ser evitada.

As concretizações da presente invenção mostradas na Figura 4 e na Figura 5 estão funcionando de uma maneira ligeiramente diferente. 0 alojamento de termostato (150) é preenchido com um fluido (por exemplo, cera) que se expande sobre aquecimento. A expansão do fluido força a haste de pistão (160) descendente, isto é, para fora a partir do alojamento de termostato (150). Na medida em que a mola (200) inclina a placa de válvula (180) descendente, a placa de válvula (180) irá repousar sobre o repressor (170) até que ele alcança a abertura (110). Quando a placa de válvula (180) tiver alcançado a abertura (110), ela irá fechar a abertura (110). A disposição de deslizamento entre a placa de válvula (180) e a haste de pistão (160) torna possível que a haste de pistão (160) venha a continuar sua movimentação descendente até mesmo depois que a placa de válvula (180) tenha fechado a abertura (110). A posição onde a placa de válvula (180) tenha alcançado a abertura (110) , e o repressor (170) tenha se movimentado para uma posição passada a abertura (110) é mostrada em porção ampliada (A) da Figura 4. A porção ampliada (B) mostra uma posição aberta, isto é, uma posição onde a placa de válvula (180) repousa sobre o repressor (170) bem acima da abertura (110), portanto deixando a abertura (110) em uma posição aberta possibilitando que matéria condensada venha a escapar do refrigerador de carga a ar (100).

Na quinta concretização da presente invenção, mostrada na Figura 5, a abertura (110) irá ser aberta em uma faixa de temperatura estreita, por exemplo, a partir de 0 grau Celsius (°C) até 20 graus Celsius (°C). A posição aberta é mostrada em porção ampliada (A) na Figura 5. Devendo a temperatura alcançar um valor mais alto do que a faixa de temperatura anteriormente mencionada, o liquido no alojamento de termostato (150) irá se expandir e forçar a haste de pistão (160) descendentemente. A movimentação descendente irá concretizar a placa de válvula (180) colocada sobre a lateral interna do refrigerador de carga a ar (100) em engate com a abertura (110) e fechar a abertura (110), como mostrado em porção ampliada (B) na Figura 5. Em temperaturas abaixo da faixa de temperatura estreita, o liquido no alojamento de termostato (150) irá se contrair, forçando a haste de pistão (160) ascendentemente, o que irá concretizar a placa de válvula (180) colocada no exterior do refrigerador de carga a ar (100) em contato com a abertura (110), portanto fechando a abertura (110) em temperaturas mais baixas [porção ampliada (C) da Figura 5].

Uma característica da concretização da Figura 4 e da Figura 5 é a de que o alojamento de termostato (150) reage primordialmente sobre temperatura de ar, na medida em que o alojamento de termostato (150) é colocado na corrente de ar interna. Portanto, abertura e fechamento da abertura (110) irá ser dependente da temperatura de ar mais preferivelmente do que da temperatura do fechamento do refrigerador de carga a ar (100), o que primordialmente é o caso para as concretizações de lingüeta bi-metálica como mostradas na Figura 1, na Figura 2 e na Figura 3.

Uma outra concretização da presente invenção combina ambas as concretizações anteriormente descritas com uma válvula de via única, por exemplo, uma válvula de flauta (ou de caneleta ou de lingüeta) (não mostrada) conectada a abertura (110) e disposta para possibilitar fluxo de liquido e de ar a partir do refrigerador de carga a ar (100) e interromper influxo de ar para o refrigerador de carga a ar (100). Uma tal disposição efetivamente impede (pára) que ar não filtrado venha a adentrar o refrigerador de carga a ar (100), e possibilita simultaneamente que água e ar venham a deixar o refrigerador de carga a ar (100) sempre que lingüetas bi-metálicas ou disposições de termostato como descritas anteriormente não venham a fechar a abertura (110). Como pode ser entendido, a concretização da presente invenção compreendendo uma válvula de flauta é a mais valiosa para a primeira concretização, a segunda concretização e a quarta concretização da presente invenção, isto é, as concretizações onde a abertura (110) é aberta em baixas temperaturas.

Diversas concretizações de válvulas de drenagem para refrigeradores de carga a ar foram mostradas e descritas. Não existe, entretanto, nada que venha a excluir outras concretizações utilizando o principio da presente invenção, a saber, um sistema sensível para mudanças de temperatura dos refrigeradores de carga a ar. 0 escopo de proteção da presente invenção é definido e unicamente limitado pelas reivindicações de patente posteriormente.

Claims

1. Refrigerador de carga a ar (100), compreendendo uma disposição de drenagem para drenagem de matéria condensada a partir do espaço interno do refrigerador de carga a ar (100), referida disposição de drenagem compreendendo uma abertura (110) em uma porção de fundo do refrigerador de carga a ar (100), em que pelo menos um membro (120; 180) é posicionado para abrir e fechar referida abertura (110) , caracterizado pelo fato de que o pelo menos um membro (120; -180) é controlado para fechar e abrir referida abertura (110) responsiva para mudanças de temperatura.

2. O refrigerador de carga a ar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro (120; 180) é uma lingüeta bi-metálica (120) disposta para cobrir a abertura (120) acima de uma determinada temperatura e abrir a abertura sob referida temperatura.

3. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a lingüeta bi-metálica (120) é colocada sobre uma superfície externa do refrigerador de carga a ar (110).

4. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a lingüeta bi-metálica (120) é feita a partir de um metal de folha de níquel e aço.

5. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma disposição de termostato (150, 160, 170, 200) é conectada para uma placa de válvula (180) abrindo e fechando referida abertura (110) responsiva para mudanças de temperatura.

6. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma segunda placa de válvula (180') colocada sobre o exterior do refrigerador de carga a ar (100) , e conectada de maneira tal que a segunda placa de válvula (180') fecha a abertura (110) quando a temperatura da disposição de termostato (150, 160, 170, 200) está abaixo de uma temperatura pré-determinada.

7. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma segunda lingüeta bi-metálica (120') disposta para abrir a abertura acima de uma segunda temperatura e cobrir a abertura sob referida segunda temperatura, em que a segunda temperatura é menor do que a determinada temperatura.

8. O refrigerador de carga a ar (100) de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma válvula de via única é conectada para a abertura (110) e adaptada para somente possibilitar fluxo a partir do refrigerador de carga a ar (100).