BRPI0716956A2 - Dispositivo de resfriamento para um veículo - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO PARA UM VEÍCULO" FUNDAMENTO PARA A INVENÇÃO E ESTADO DA ARTE

A presente invenção refere-se a um dispositivo de resfriamento de um veiculo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

De modo particular em veículos pesados há uma crescente necessidade de varias formas de resfriamento. O resfriador do sistema de resfriamento que resfria o motor de com- bustão está crescentemente sendo usado para resfriar também outros componentes Moto- res de combustão supercarregados com maior poder de carga estão sendo usados hoje em dia de modo a aumentar a capacidade de força dos veículos por razões ambientais e em resposta às demandas por maior desempenho. O ar comprimido necessita resfriamento efi- caz na carga de um resfriador a antes que seja conduzido para o motor de combustão. Por razões ambientais, há também um aumento do uso da técnica denominada EGR (Recircula- ção de Gás Exaurido) em que parte dos gases exauridos de um motor de combustão é re- circulado e misturado com o ar de entrada para o motor de combustão. Adicionando-se gás de exaustão à entrada de ar conduz-se uma menor temperatura de combustão resultante entre outras coisas nos gases exauridos tendo um teor reduzido de oxido de nitrogênio NOx. Os gases exauridos resultantes são resfriados em pelo menos um resfriador (Recirculação de Gás Exaurido) antes que eles sejam misturados com o ar se conduzam ao motor de combustão.

De forma usual os veículos compreendem pelo menos uma porção frontal em uma passagem de ar com um ventilador de radiador que proporciona um fluxo forçado de ar atra- vés da passagem. Um radiador para resfriamento do resfriador que resfria o motor de com- bustão é comumente disposto em tal passagem de ar. Nos veículos potencializados por um motor de combustão de supercarga, um resfriador de ar de carga de ar de resfriamento é comumente localizado na referida passagem de ar em uma posição de fronte do radiador com o resfriador. tal posicionamento do resfriador de ar de carga faz com que seja possível resfriar o ar de carga a uma temperatura substancialmente correspondente à temperatura do ar circundante. Uma desvantagem deste posicionamento é que o resfriador submete-se a menos resfriamento no radiador localizado na parte traseira, desde que seja resfriado pelo ar que tenha sido usado para resfriar o ar. Contudo, o espaço no veículo é muito limitado, de modo que é freqüentemente necessário usar-se um fluxo existente de ar na passagem de ar para se resfriar dois ou mais meios em uma pluralidade de elementos de resfriamento locali- zados um após o outro. Qualquer resfriador (Recirculação de Gás Exaurido) ar resfriado usado para resfriamento dos gases exauridos recirculantes podem também ficar situados na passagem de ar existente.

SUMARIO DA INVENÇÃO

O objeto da presente invenção é proporcionar um dispositivo de resfriamento que tenha pelo menos três elementos de resfriamento para resfriamento de diferentes meios em uma passagem de ar de modo que um uso ótimo pode ser feito de um fluxo de resfriamento de ar através da passagem de ar de modo a resfriar o meio nos elementos de resfriamento.

Este objetivo é alcançado com o dispositivo de resfriamento do tipo mencionado na introdução da presente invenção que é caracterizado pelas peculiaridades indicadas nas partes caracterizantes da reivindicação 1. O efeito de resfriamento proporcionado pelo fluxo de ar de resfriamento quando ele flui através de um numero de elementos de resfriamento na passagem de ar está em relação ao produto que se atingiu através da multiplicação de fluxo de massa do ar que flui através dos elementos de resfriamento pelo aumentar da tem- peratura que o ar de resfriamento sofre pelo passar através dos elementos de resfriamento. Para o fluxo de ar disponível através da passagem de ar a ser usável em uma maneira óti- ma para resfriamento do meio nos elementos de resfriamento, o ar necessita de se manter uma ampla diferença de temperatura em relação a cada um dos meios nos respectivos ele- mentos de resfriamento. Por este caso, a seqüência em que o ar flui através dos elementos de resfriamento necessita ser de forma que cada um dos meios esteja em uma temperatura maior que uma que a precede. O fluxo de ar de resfriamento existente é desta forma usado de forma que um meio que o caminho seja proporcionado com um resfriamento agregado ótimo. Dispondo dos elementos de resfriamento de forma que uma seqüência na passagem de ar capacita não somente um resfriamento agregado ótimo, mas também um resfriamento relativamente uniforme do meio respectivo pelo fluxo de ar de resfriamento.

De acordo com uma realização preferida da presente invenção, um dos referidos elementos de resfriamento é um radiador com um meio na forma de um liquido radiador com propósito de resfriar o motor a combustão. Este tipo de radiador está normalmente situado na passagem de ar a uma porção frontal do veiculo. Durante a operação do motor de com- bustão, o liquido radiador está a uma temperatura de cerca de IOO0C quando este alcança o radiador. Um dos referidos elementos de resfriamento pode ser um resfriador de ar de carga com um meio na forma de ar comprimido com o propósito de ser conduzido ao motor de combustão. O ar de carga pode estar a uma temperatura de algo acima de 200°C após ter sido comprimido em uma unidade de turbo do veiculo. O ar de carga de ar resfriado está com freqüência situada na porção frontal do veiculo na mesma passagem de ar como o ra- diador com o resfriante. Um dos referidos elementos de resfriamento pode ser um resfriador (Recirculador de Gás Exaurido) com um meio na forma de gases exauridos que são proposi- tados em serem recirculados para o motor de combustão. Os gases exauridos ao deixar o motor de combustão podem estar a uma temperatura algo acima de 700°C. Se os supra citados três elementos de resfriamento estão dispostos na passagem de ar, o radiador para o resfriante tem que ser ajustado no sentido distante da passagem de ar, desde que o res- friante seja o meio que esteja à temperatura mais baixa. O resfriador de ar de carga está disposto atrás do radiador em relação ao resfriante, desde que o ar de carga tenha a tempe- ratura mais baixa próxima do meio que esteja para ser resfriada pelo fluxo de ar na passa- gem de ar.O (Recirculador de Gás Exaurido) está disposto distante na parte de trás na pas- sagem de ar, desde que os gases exauridos tenham a temperatura mais alta do meio que seja propositado a ser resfriado na passagem de ar. Desta forma, os elementos de resfria- mento estão dispostos em uma seqüência com um aumento sucessivo na temperatura do meio na direção do fluxo de ar. O resultado é um resfriamento agregado ótimo do meio. Ou- tro meio que aqueles indicados acima podem, é claro, serem resfriados em um elemento de resfriamento situado na passagem de ar junto com outros elementos de resfriamento. Este tipo de meio pode ser um meio de resfriamento usado em um sistema de condicionamento de ar do veiculo.

De acordo com uma outra realização da presente invenção, o dispositivo de venti- lador de radiador adaptado para proporcionar um fluxo forçado de ar através da passagem de ar. Um fluxo de ar mais largo e maior efeito de resfriamento podem assim ser proporcio- nados de modo que o fluxo de ar através da passagem seja integralmente gerado pelo mo- vimento do veículo. Com a vantagem, o ventilador do radiador é dirigido pelo motor de com- bustão. Em conseqüência, a magnitude do fluxo de ar forçado resultante através da passa- gem de ar está relacionado à velocidade do motor de combustão.

De acordo com uma outra realização da presente invenção, o dispositivo de resfri- amento compreende uma passagem de ar extra adaptado para ter um ar fluindo através dele, e pelo menos um elemento de resfriamento extra disposto na passagem de ar extra e adaptado para proporcionar uma etapa adicional de resfriamento por pelo menos um dos mencionados meios que já tenham sofrido um resfriamento na primeira passagem de ar. Para desempenhos ótimos do motor, o ar de carga e os gases exauridos de recirculação necessitam serem resfriados a uma baixa temperatura substancialmente correspondente à temperatura dos circundantes. Desde que o resfriador de ar de carga e o resfriador (Recircu- lador de Gás Exaurido) estejam situados a jusante do radiador para o resfriante, eles não podem ser resfriados para a temperatura dos circundantes pelo ar na primeira passagem de ar. Este tipo de passagem de ar extra torna-o possível para o ar de carga e/ou os gases e- xauridos circulantes para submeterem-se a uma etapa posterior de resfriamento por ar que está a uma temperatura de dos circundantes. Desde que o ar na primeira passagem de ar tenha sido usado neste tipo de meio de modo a proporcionar um resfriamento agregado óti- mo do meio, o elemento de resfriamento extra na passagem de ar extra pode, em muitos casos, ser bem pequena.

De acordo com uma realização preferida da presente invenção, o elemento de res- friamento extra está adaptado para um efetivo resfriamento de uma mistura de ar comprimi- do a partir do resfriador do ar de carga e retornou gases exauridos do resfriador (Recircula- dor de Gás Exaurido). O ar resfriado a partir do resfriador de ar de carga e os gases exauri- dos resfriados a partir do resfriador (Recirculador de Gás Exaurido) e pode aqui ser mistura- do, seguido pela mistura que está sendo conduzido ao elemento de resfriado extra em que ele supera uma etapa adicional de resfriamento pelo ar a uma temperatura de circulação, que flui através da passagem extra. Com a vantagem, o dispositivo de resfriamento compre- ende um segundo ventilador de radiador adaptado para proporcionar um fluxo de ar forçado através da passagem de ar extra. O segundo ventilador de radiador pode ser direcionado por um motor elétrico. O fluxo de ar através da passagem de ar extra que é independente da velocidade do motor de combustão é assim proporcionado. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Uma realização preferida da presente invenção está descrita abaixo a titulo de e- xemplo com referencia aos desenhos anexados, em que:

A figura 1 descreve um dispositivo de resfriamento de um veiculo de acordo com uma realização da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA REALIZAÇÃO PREFERIDA DA INVENÇÃO

A figura 1 demonstra esquematicamente um veiculol potencializado por um motor de combustão supercarregado 2. O veiculo 1 pode ser um veiculo pesado potencializado por um motor a diesel super carregado. O motor de combustão 2 é resfriado de uma maneira convencional por um sistema de resfriamento contendo um resfriante que circula em uma linha de resfriamento 3. O resfriante é circulado no sistema de resfriamento por uma bomba de resfriamento 4. O sistema de resfriamento também compreende um termostato 5. O res- friamento do sistema de resfriamento é propositado para ser resfriado em um radiador 6 disposto em uma porção de sentido frontal do veiculo 1 em uma passagem de ar. O resfrian- te é resfriado no radiador 6 pelo ar que é levado a fluir através da passagem de ar A em uma direção especifica por um ventilador de radiação 7. O ventilador do radiador 7 é dire- cionado pelo motor de combustão 2 através de uma conexão adequada.

Os gases de exaustão a partir dos cilindros do motor de combustão 2 são conduzi- dos através do coletor 8 para uma linha de exaustor 9. Os gases de exaustor na linha de exaustor 9, que estão acima de uma pressão atmosférica, são conduzidos para uma turbina 10 de uma unidade de turbina. A turbina 10 proporciona uma força de direcionamento que é transferida, através de uma conexão, para um compressor 11.0 compressor 11 comprime o ar que é conduzido através de um filtro de ar 12 para uma linha de entrada 13. Um resfriador de ar de carga 14 é localizado na linha de entrada 13. O resfriador de ar de carga 14 está situado na passagem do ar A em uma localização jusante do radiador 6 com relação à dire- ção do fluxo de ar através da passagem de ar A.

A função do resfriador de ar de carga 14 é para resfriar o ar comprimido antes é conduzido ao motor de combustão 2. O motor de combustão 2 é proporcionado com um sistema de EGR (Recirculador de Gás Exaurido) para recirculação dos gases exauridos. Adicionando os gases de exaus- tão ao ar comprimido é que conduzido para o motor de combustão 2 reduz a temperatura de combustão e desta forma também o teor de óxidos de nitrogênio (NOx) formado durante os processos de combustão. Uma linha de retorno 15para a recirculação dos gases de exaus- tão se estendem a partir da linha de exaustão para a linha de admissão 13. A linha de retor- no 15 compreende uma válvula 16 EGR (Recirculador de Gás Exaurido) por meio do qual o fluxo de exaustão linha 15 pode ser desligado. A válvula 16 EGR (Recirculador de Gás E- xaurido) pode também ser usada para sem etapa de controle da quantidade de gases exau- ridos que é conduzido a partir da linha de exaustão 9 para a linha de entrada 13 através da linha de retorno 15. Uma unidade de controle 17 está adaptada para uso da informação a cerca de, por exemplo, a carga do motor de combustão 2 para controlar a válvula 16 EGR (Recirculador de Gás Exaurido) (Recirculador de Gás Exaurido) de modo que uma quanti- dade de gases exauridos é retornada através da via a linha de retorno 15. A linha de retorno compreende um resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18 para resfriar os gases exauridos. O resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18 está situado da passagem de ar A em uma localização jusante do radiador 6 e o resfriador do ar de carga 14.

Em motores diesel 2, em determinadas situações de operação, a pressão dos ga- ses exauridos na linha de exaustão 9 é mais baixa que a pressão do ar comprimido linha de entrada 13. Em tais situações não é possível misturador os gases de exaustão na linha de retorno 15 diretamente com o ar comprimido na linha de admissão 13 sem dispositivos de auxilio especial. Uma venturi 19 pode, por exemplo, ser usado para o fim. Se ao invés do motor de combustão 2 é um motor super carregado Otto, os gases de exaustão na linha de retorno 15 podem ser diretamente conduzidos para a linha de admissão 13, desde que os gases de exaustão na linha de exaustão 9 de um motor Otto em substancialmente todas as situações de operação estão em uma pressão mais alta que o ar comprimido na linha de admissão 13. Quando os gases de exaustão tiverem misturado com o ar comprimido na li- nha de admissão 13, a mistura é conduzida para um resfriador extra 20 em que a mistura dos gases de exaustão e o ar supera uma segunda etapa de resfriamento. O resfriador extra está situado em uma passagem de ar extra B. a mistura dos gases exauridos e ar são resfriados no resfriador extra 20 pelo ar que é levado a fluir através da passagem Bem uma direção especifica por um ventilador de radiador 21. O ventilador de radiador 21 é direciona- do aqui por um motor elétrico 22. A mistura de gases de exaustão e ar é em conseqüência conduzido através de um coletor 22 para os cilindros respectivos do motor de combustão 2.

Durante a operação do motor de combustão 2, o resfriante aquecido é conduzido via a linha 3 a partir do motor de combustão 2 para o radiador 6 com o propósito de ser res- friado pelo ar que flui através da passagem de ar A. O resfriante pode aqui estar a uma tem- peratura de algo acima de cerca de 100°C. A temperatura do ar inicialmente fluindo através da passagem de ar A substancialmente corresponde à temperatura dos circundantes. O resultado é uma diferença de temperatura relativamente mais ampla entre o ar de resfria- mento fluindo através do radiador 6 e o resfriante no radiador 6. O resfriante é assim propor- cionado com muito boa capacidade de resfriamento no radiador 6. O ar aquecido comprimi- do é conduzido a partir do compressor 11 através da linha 13 para o resfriador de ar de car- ga 14. O ar comprimido pode aqui estar a uma temperatura de algo acima de 200°C. Entre- tanto o ar fluindo através da passagem de ar A fica a uma mais alta temperatura após ela ter resfriado o resfriador no radiador 6, há ainda uma diferença de temperatura relativamente maior entre o ar fluindo através do resfriador de ar de carga 14 e o ar comprimido no resfria- dor de ar de carga 14. O resultado é um bom resfriamento do ar de carga do resfriador de ar de carga 14. Gases exauridos são conduzidos da linha de exaustão 9 através da linha de retorno 15 para o resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18. Os gases de exaustão podem estar a uma temperatura de algo acima de 700°C. Entretanto, o ar fluindo através da passagem de ar A progressivamente adquire uma maior temperatura por resfriamento do resfriador no radiador 6 e o ar comprimido no resfriador de ar de carga 14, sua temperatura é ainda significativamente inferior aquela dos gases exauridos no resfriador EGR (Recircu- lador de Gás Exaurido) 18. Desta forma os gases de recirculação podem também ser sub- metidos ao bom resfriamento no resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18. O efeito de resfriamento total cujo fluxo de ar através da passagem de ar A propor-

ciona está em relação ao crescimento total da temperatura ΔΤ em que o ar sofre à medida que ele flui através do radiador 6, o carregador de ar de carga 14e o resfriador EGR (Recir- culador de Gás Exaurido) 18. O crescimento total da temperatura ΔΤ é o agregado dos cres- cimentos das temperaturas do ar devido ao fato de passar por ela, e o resfriando o respecti- vo meio no radiador 6, resfriador de ar de carga 14 e o resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18. Os supra citados elementos 6, 14 e 18 estão aqui dispostos um após o outro na passagem de ar A em uma seqüência que está em relação à temperatura do meio nos respectivos elementos de resfriamento 6, 14 e 18 em tal forma que um meio em que o ar fluindo através dos elementos de resfriamento 6, 14 e 18 resfria uma sucessão de meios, cada um dos quais está a uma temperatura mais alta que a que a precedeu. Com tal dispo- sitivo de resfriamento dos elementos de resfriamento 6, 14 e 18, o fluxo de ar resfriado pode proporcionar um resfriamento agregado ótimo do meio nos respectivos elementos de resfri- amento 6, 14 e 18. O ar desta forma sofre um crescimento máximo correspondente de tem- peratura ΔΤ pelo passagem através dos elementos resfriamento 6, 14 e 18. Tal dispositivo de resfriamento dos elementos de resfriamento 6, 14 e 18 também toma possível um resfri- amento relativamente uniforme do meio nos respectivos elementos de resfriamento 6, 14 e 18. O fluxo de ar de resfriamento existente pode assim ser colocado em uso ótimo para res- friamento do meio nos respectivos elementos de resfriamento 6, 14 e 18. Com os referidos dispositivos de resfriamento o ar comprimido no resfriador de ar de carga 14 e os gases e- xauridos no resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18 são resfriados pelo ar que está a uma temperatura mais alta que a circundante. Há, contudo, nenhum risco do vapor de água no ar comprimido e nos gases exauridos precipitar e congelarem até gelo dentro do resfriado de ar de carga 14 e no resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18 respecti- vamente, que pode ser o caso quando usando-se ar circundante a uma temperatura inferior a 0°c.

É freqüentemente desejado, contudo, resfriar o ar da carga e os gases exauridos a uma temperatura substancialmente correspondente à temperatura dos ares circundantes quando o ultimo está acima de 0°C. Para tornar isto possível, o ar de carga resfriado do resfriador 14 e os gases exauridos do resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) 18 estão misturados junto à referencia 19, após o que eles são associados para conduzir um elemento de resfriamento extra 20 localizado na passagem de ar extra B.O ventilador do radiador 21 aqui força o ar a uma temperatura de circundância através do elemento de res- friamento extra 20 de modo que a mistura do ar e os gases exauridos assumem uma tempe- ratura substancialmente correspondente à temperatura dos circundantes antes que ele seja conduzido ao motor de combustão 2. Em situações onde a temperatura dos circundantes esteja abaixo de 0°C, o resfriamento do ar comprimido os gases exauridos na passagem de ar A podem sem bem diferente. De modo a prevenir resfriamento adicional do ar comprimido e dos gases exauridos no elemento de resfriamento 20, o ventilador de radiador 21 pode ser desligado quando a temperatura os circundantes cair abaixo de um valor especifico, de mo- do a prevenir a formação de gelo no elemento de resfriamento 20. Alternativamente, o dis- positivo de resfriamento pode compreender uma linha de desvio conduzindo a mistura do ar comprimido e de gases exauridos que passam pelo elemento de resfriamento 20 quando a temperatura do ar circundante for muito baixa.

A presente invenção em tempo algum limitada às realizações para as quais os de- senhos se referem, porém, podem ser variadas de forma livre dentro do âmbito das reivindi- cações. Outros meios que aqueles exemplificados acima podem, é claro, serem resfriados em um elemento de resfriamento na passagem de ar A. O elemento de resfriamento extra pode ser usado para resfriar somente um meio que já tenha sofrido uma primeira etapa do resfriamento na primeira passagem de ar A.

Claims (6)

1. Um dispositivo de resfriamento de um veiculo (1) potencializado por um motor de combustão (2), cujo dispositivo de resfriamento compreende uma passagem de ar (A) adap- tado para ter um fluxo de ar através do mesmo em uma direção especifica, e pelo menos três elementos de resfriamento (6, 14 18) cada um adaptado para efetuar o resfriamento de um meio, cujos elementos de resfriamento (6, 14 e 18) estão dispostos um após o outro na passagem de ar (A) de forma que pelo menos parte do ar que flui através da passagem de ar (A) flui sucessivamente através de todos os elementos de resfriamento (6, 14 e 18), CARACTERIZADO pelo fato de que os elementos de resfriamento (6, 14 e 18) estão dis- postos um após o outro na passagem de ar (A) em uma seqüência que está em relação à temperatura do meio nos respectivos elementos de resfriamento (6, 14 e 18) de forma que o ar que flui através dos elementos de resfriamento (6, 14 e 18) resfria uma sucessão de mei- os cada um dos quais está a uma temperatura mais alta que a que a precede e em que o dispositivo de resfriamento compreende um radiador (6) com um meio na forma de um liqui- do radiador que é propositado para resfriar o motor de combustão (2) cujo radiador (6) está disposto mais à frente da passagem de ar (A), um resfriador de ar de carga (14) com um meio na forma de ar comprimido que é propositado em ser conduzido ao motor de combus- tão (2) cuja resfriador de ar de carga (14) está disposto jusante do referido radiador (6) na passagem de ar (A) com relação à direção propositada do fluxo de ar através da passagem de ar (A) e um resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) (18) com um meio na forma de gases exauridos que são propositados em serem recirculados ao motor de combustão (2), cujo resfriador EGR (Recirculador de Gás Exaurido) (18) está disposto jusante do resfri- ador de ar de carga (14) na passagem de ar (A).

2. Um dispositivo de resfriamento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de resfriamento compreende um ventila- dor de radiador (7) adaptado para proporcionar um fluxo forçado de ar através da passagem de ar (A).

3. Um dispositivo de resfriamento de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o ventilado do radiador (7) é dirigido pelo motor de combustão (2).

4. Um dispositivo de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações citadas, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de resfriamento compreende uma passagem de ar extra(B) adaptada para ter um fluxo de ar através dele, e pelo menos um elemento de resfriamento extra (20) que está disposto na passagem de ar extra (B) e está adaptado para proporcionar uma etapa adicional de resfriamento para pelo menos uma dos meios que já tenha sofrido uma primeira etapa de resfriamento na primeira passagem (A).

5. Um dispositivo de resfriamento de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de resfriamento extra (20)está adaptado para efetuar resfriamento de uma mistura de ar comprimido a partir do resfriador de ar de carga (14) e gases exauridos de retornados a partir do resfriador EGR (Recirculador de Gas Exaurido) (18).

6. Um dispositivo de resfriamento de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de resfriamento compreende um segundo ventilador de radiador (21) adaptado para proporcionar um fluxo forçado de ar através da passagem de ar extra (B).