ES2208958T3 - Sistema de refrigeracion independiente para motores de combustion interna. - Google Patents
Sistema de refrigeracion independiente para motores de combustion interna.Info
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA DE REFRIGERACION INDEPENDIENTE CONCEBIDO PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA. ESTE SISTEMA CONSTA DE: A) UN SUBSISTEMA DE REFRIGERACION INDEPENDIENTE PARA LA CULATA DE CILINDRO (1), UN REFRIGERANTE QUE FLUYE DE UN DEPOSITO DE EXPANSION Y LLENADO (6) Y ES BOMBEADO POR UNA BOMBA DE REFRIGERACION (2) PARA EFECTUAR LA CIRCULACION FORZADA DE REFRIGERANTE A UN RADIADOR PRIMARIO (4) Y A LA CULATA DE CILINDRO (1). MEDIANTE UN SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE (5), UN MODULO DE CONTROL (10) MIDE LA TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE EN UN DETERMINADO LUGAR, HACIENDO POSIBLE EL CONTROL PRECISO DEL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA; B) UN SUBSISTEMA DE REFRIGERACION INDEPENDIENTE DE LA CULATA DE CILINDRO (7) DENTRO DEL CUAL FLUYE REFRIGERANTE DE FORMA NATURAL (POR CONVECCION LIBRE) DE UN DEPOSITO DE EXPANSION Y DE LLENADO (9) A UN RADIADOR SECUNDARIO INDEPENDIENTE (8) Y AL BLOQUE DEL MOTOR (7).
Description
Sistema de refrigeración independiente para
motores de combustión interna.
Esta invención se refiere a un sistema de
refrigeración independiente diseñado para refrigerar motores de
combustión interna vehiculares o estacionarios, que funcionan con
refrigerante en un sistema de circuito cerrado. La invención se
caracteriza por realizar la refrigeración del motor a través de dos
subsistemas independientes de circuito cerrado. Uno de estos dos
subsistemas realiza la refrigeración de la culata del motor. El otro
realiza la refrigeración del bloque motor.
Los sistemas de refrigeración del motor de
vehículos actuales, consisten básicamente en un solo radiador que
intercambia calor entre todo el refrigerante existente en el sistema
de refrigeración del motor del vehículo (el bloque motor más la
culata, tubos flexibles, radiador, etc.) y el aire de alrededor. En
un sistema de este tipo, el bloque motor y la culata constituyen una
parte del circuito de flujo, dentro del cual se mezclan el
refrigerante del bloque motor y el refrigerante de la culata, y
viceversa. Cuando se cierra la válvula termostática (temperatura de
abertura no alcanzada), una bomba mecánica genera el flujo
refrigerante solamente entre el bloque motor y la culata. A medida
que la válvula termostática comienza su proceso de abertura (se
sobrepasó la temperatura de abertura), se produce el flujo de
refrigerante dentro de todo el sistema de refrigeración del motor.
La bomba de refrigerante absorbe continuamente una fracción de la
salida de potencia del motor. En los sistemas actuales no es preciso
el caudal de flujo de masa y el control de temperatura del
refrigerante. Se gasta una cantidad substancial de emisión de
potencia del motor por la bomba refrigerante, debido a la naturaleza
grosera del control del sistema actual. El volumen refrigerante en
el sistema es considerablemente alto.
El documento
US-A-4726325 describe un sistema de
control de refrigeración para motores de combustión interna que
tienen dos circuitos, de modo que ambos circuitos están provistos
con una bomba de agua, un dispositivo de válvula de mezcla
termostática y un paso en derivación.
El documento
US-A-1774881 describe un sistema de
refrigeración para los motores de combustión interna que tienen dos
circuitos, un inter-enfriador, y un tercer circuito
exterior que comprende un solo radiador y válvulas en derivación de
presión controlada que controlan la velocidad de transferencia de
calor entre el circuito exterior y los circuitos interiores y la
presión de varios fluidos.
De acuerdo con la presente invención, está
previsto un sistema de refrigeración independiente para motores de
combustión interna que produce la refrigeración del bloque motor y
la culata independientemente uno con respecto al otro, comprendiendo
el sistema: a) un subsistema de refrigeración independiente de la
culata para refrigerar una culata que comprende una bomba
refrigerante, un radiador principal y un sensor de temperatura,
estando dispuestos el subsistema de refrigeración independiente de
la culata de manera que, en uso, se bombea un refrigerante por la
bomba refrigerante para producir el flujo forzado del refrigerante
en el radiador principal y en la culata, donde el sensor mide la
temperatura del refrigerante en un lugar de flujo determinado, y
hace posible controlar el funcionamiento del sistema, y b) un
subsistema de refrigeración del bloque motor para refrigerar un
bloque motor que comprende un radiador independiente secundario,
caracterizado porque el subsistema de refrigeración independiente de
la culata comprende adicionalmente un primer recipiente de expansión
y de llenado desde el cual el refrigerante fluye y el subsistema de
refrigeración independiente del bloque motor comprende
adicionalmente un segundo depósito de llenado y expansión y está
dispuesto de forma que, en uso, el refrigerante fluye de forma
natural desde el segundo depósito de llenado y expansión hasta el
radiador independiente secundario y al bloque motor.
Preferentemente, existe un subsistema de
refrigeración de culata que tiene una válvula de control de flujo
situada entre el radiador primario y la culata, que controla el
flujo de refrigerante en el circuito cerrado independiente de forma
correspondiente.
Preferentemente, el sistema tiene un módulo de
control electrónico, que controla toda la operación de
refrigeración, donde el módulo de control electrónico, mediante la
recepción de una señal eléctrica desde el sensor de temperatura del
refrigerante, mide esta temperatura en un lugar especificado y,
dependiendo de este valor y del régimen de funcionamiento del motor,
controla la operación de la bomba y proporcionando, así, la válvula
de control del flujo el caudal necesario del flujo de refrigerante
de la culata.
Preferentemente, el módulo de control controla el
funcionamiento de un ventilador.
Preferentemente, la bomba de refrigerante es una
bomba eléctrica o electromecánica.
Preferentemente, están dispuestos radiadores
primarios y secundarios o bien en paralelo, o en serie con respecto
al eje longitudinal de un vehículo.
En el subsistema de refrigeración independiente
de la culata de las formas de realización de la presente invención,
el circuito de flujo correspondiente consta de los siguientes
componentes: culata, bomba de refrigerante eléctrica o
electromecánica (para generar flujo forzado en el sistema), válvula
de control de flujo (para controlar el caudal de flujo en el
circuito cerrado), un radiador primario independiente (para
intercambiar calor con el entorno ambiental), un sensor de
temperatura del refrigerante (para medir la temperatura del
refrigerante en una posición especifica en el circuito de flujo, y
hacer posible el control del funcionamiento del sistema), y un
depósito de expansión y llenado.
En el subsistema de refrigeración independiente
del bloque motor del depósito de las formas de realización de la
presente invención, el circuito de flujo refrigerante respectivo
consta de los siguientes componentes: bloque motor, un radiador
secundario independiente (para intercambiar calor con el entorno
ambiental) y un depósito de expansión y llenado.
El sistema de refrigeración independiente para
los motores de combustión interna, realiza la refrigeración del
bloque motor y de la culata de forma independiente uno con respecto
al otro. Para la culata, la refrigeración puede alcanzarse por medio
de convección (libre) natural provocada por los efectos de
flotación.
El sistema de refrigeración independiente para
los motores de combustión interna puede permitir temperaturas
diferentes del régimen de funcionamiento en la culata y en el bloque
motor, respectivamente. Como consecuencia, se puede obtener mejor
control del rechazo de calor del motor, mejor control de la
temperatura de mezcla de aire-combustible, mejor
control de las emisiones de contaminantes del motor, provocando el
calentamiento más rápido de la culata la reducción en el periodo de
base-refrigeración del motor, aumento efectivo en la
relación de compresión (a valores muchos más altos que los que se
pueden alcanzar actualmente).
El sistema de refrigeración independiente para
motores de combustión interna, de acuerdo con las formas de
realización de la presente invención hace posible un aumento en la
relación de compresión del motor a valores muy altos (tanto para los
motores de ciclo Otto o de ciclo Diesel), y esto, a su vez, puede
provocar un aumento substancial en la eficiencia térmica del motor,
produciendo, como consecuencia, menor consumo de combustible y
menores emisiones de gases contaminantes.
El sistema de refrigeración independiente para
los motores de combustión interna, puede hacer posible también
controlar el flujo forzado del refrigerante independiente a través
de la culata. Dicho control puede realizarse por el Módulo de
Control Electrónico que controla los sistemas de inyección de
combustión de un solo punto o multi-punto. El Módulo
de Control de Combustible, a través del sensor de temperatura de
refrigerante, puede medir la temperatura del refrigerante en un
lugar específico, y como una función de este valor y el régimen de
funcionamiento del motor (carga del motor y velocidad del motor),
puede controlar la bomba refrigerante y el funcionamiento de las
válvulas de control de flujo.
El sistema de refrigeración independiente para
los motores de combustión interna, permite también que los
radiadores primario y secundario estén situados en serie o en
paralelo, en relación con el eje longitudinal del vehículo.
Las formas de realización de la presente
invención se describirán a continuación a modo de ejemplo solamente
con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
La figura 1 muestra el diagrama funcional del
subsistema de refrigeración independiente de la culata.
La figura 2 muestra el diagrama funcional del
subsistema de refrigeración independiente del bloque motor.
La figura 3 muestra el diagrama funcional del
subsistema de refrigeración independiente de la culata, incluyendo
el módulo de control electrónico que controla los sistemas de
inyección de combustible y de encendido.
Las figuras 4a y 4b son diagramas que muestran la
dirección del flujo de refrigerante en un dispositivo donde los
radiadores primario y secundario son dispuestos en serie y en
paralelo relativamente entre sí.
La figura 1 muestra el diagrama funcional del
subsistema de refrigeración independiente de la culata del motor
(1), dentro del cual el refrigerante deja un depósito de expansión y
llenado (6), es bombeado por una bomba de refrigerante eléctrica o
electromecánica (2) con el fin de generar el flujo forzado de
refrigerante a un radiador primario (4), cuyo radiador intercambia
el calor con el aire de alrededor, y mantiene la temperatura del
refrigerante de la culata sobre el nivel especificado. Por medio de
una válvula de control de flujo (3), que controla el flujo de
refrigerante en el circuito cerrado independiente, el refrigerante
alcanza la culata con el fin de refrigerarla. Un sensor de la
temperatura del refrigerante (5) mide la temperatura en un lugar
especificado del flujo de refrigerante, haciendo posible un control
preciso del funcionamiento del sistema, es decir, un control exacto
del proceso de transferencia de calor.
La figura 2 muestra el diagrama funcional del
subsistema independiente del bloque motor (7), donde el refrigerante
sale de un depósito de expansión y de llenado (9) y fluye de forma
natural, por gravedad, hasta un radiador secundario independiente
(8), donde intercambia calor con el entorno ambiental (aire), y,
después de esto, fluye hasta el bloque motor (7) para refrigerarlo.
Como se conoce en la técnica, el caudal de flujo térmico a la culata
es mayor que el caudal de flujo de calor procedente de los gases de
combustión hasta el bloque motor, de forma que una convección
natural simple (libre) del refrigerarte en el bloque motor es
suficiente para refrigerarlo.
La figura 3, que es similar a la figura 1,
muestra el módulo de control electrónico (10) que controla la
operación de refrigeración general. Mediante la recepción de la
señal desde el sensor de temperatura del refrigerante, el módulo de
control electrónico mide la temperatura del refrigerante, y, como
una función del régimen de funcionamiento del motor definido por la
carga del motor y la velocidad, controla la bomba de refrigerante
(2) y la válvula que controla el flujo (3), de acuerdo con los
requerimientos de refrigeración de la culata. El módulo de control
electrónico (10) controla también, como se muestra en la figura 3,
el funcionamiento del ventilador (11). El modulo de control
electrónico (10) puede ser un microprocesador sofisticado, de
cualquier tipo, de cualquier naturaleza, que es adecuado para
ejecutar una función de este tipo.
La figura 4b muestra, en el sistema de
refrigeración independiente para los motores de combustión interna,
de acuerdo con la presente invención, el dispositivo de los
radiadores primario (4) y secundario (8) en serie o en paralelo,
relativamente al eje longitudinal del vehículo. La figura 4a muestra
el dispositivo paralelo de los radiadores primario (4) y secundario
(8), también relativamente al eje longitudinal del vehículo.
En la presente invención, el refrigerante puede
ser cualquier tipo de fluido, con cualquier composición específica
que es adecuada para una función de este tipo. Los fluidos
preferidos son los acuosos como, por ejemplo, el agua mezclada con
aditivos (como etileno glicol, etc.).
El sistema de la presente invención puede
proporcionar a la culata, por ejemplo, un gradiente de temperatura
(entrada-salida) de alrededor de 50ºC, y de
alrededor de 40ºC, para el bloque motor. No obstante, un motor que
incorpora el sistema de refrigeración reivindicado puede funcionar a
cualquier gradiente de temperatura de refrigerante, o bien para el
bloque motor o para la culata.
En relación con los sistemas de refrigeración
actuales descritos al principio de la sección precedente, el sistema
de refrigeración independiente, de acuerdo con la presente
invención, tiene las siguientes ventajas:
En la Culata:
1. El flujo de refrigerante puede generarse por
una bomba eléctrica de bajo consumo de energía; que es controlada
directamente por el módulo de control electrónico.
2. El volumen de refrigerante sometido a flujo
forzado (por la bomba eléctrica) es substancialmente inferior,
puesto que el volumen de refrigerante necesario para refrigerar la
culata es mucho menor que el volumen requerido para refrigerar todo
el motor y el bloque solo. De este modo, el trabajo de bombeo
requerido es inferior.
3. Debido a volumen de refrigerante inferior
requerido, el control del flujo y de la temperatura del
refrigerante en la culata es más rápida y más segura.
4. Hace posible accionar la culata a la
temperatura de trabajo ideal que es normalmente diferente de la
requerida por el bloque motor.
5. No requiere una válvula termostática, puesto
que necesita solamente un sensor de temperatura para conectar
automáticamente el sistema.
6. Hace posible el uso de un radiador de
capacidad inferior.
7. El uso de radiadores independientes, hace
posible su colocación en regiones donde el flujo de aire frontal
del vehículo es más favorable para mejora de la transferencia de
calor.
8. Hace posible controlar mejor las emisiones de
contaminante del motor, debido al control de temperatura más
exacto.
9. Hace posible el aumento de la relación de
compresión y, como consecuencia, el aumento de la emisión de
potencia del motor.
10. Hace posible un mejor control del
autoencendido del motor.
11. No existe necesidad de ninguna junta de
obturación especial de la culata.
En el Bloque motor:
1. El flujo se produce por convección natural
(libre) y, por tanto, no es necesaria una bomba auxiliar (mecánica
o eléctrica).
2. No es necesario el uso de una válvula
termostática. El sistema funciona en un circuito libre.
3. Tiene un radiador independiente, que tiene una
menor capacidad que los de los sistemas actuales.
4. Puesto que se produce flujo por medio de
convección libre, puede funcionar a presiones más bajas.
Claims (6)
1. Un sistema de refrigeración independiente para
motores de combustión interna que produce la refrigeración en la
culata y el bloque motor de forma independiente uno con respecto al
otro, comprendiendo el sistema:
a) un subsistema de refrigeración independiente
de la culata (1) para refrigerar una culata (1) que comprende una
bomba refrigerante (2), un radiador principal (4) y un sensor de
temperatura (5), estando dispuestos el subsistema de refrigeración
independiente (1) de la culata de manera que, en uso, se bombea un
refrigerante por la bomba refrigerante (2) para producir el flujo
forzado del refrigerante en el radiador principal (4) y en la
culata (1), donde el sensor (5) mide la temperatura del refrigerante
en un lugar de flujo determinado, y hace posible controlar el
funcionamiento del sistema, y
b) un subsistema de refrigeración independiente
del bloque motor (7) para refrigerar un bloque motor (7) que
comprende un radiador independiente secundario (8),
caracterizado porque el subsistema de refrigeración
independiente de la culata (1) comprende adicionalmente un primer
depósito de expansión y llenado (6) desde el que fluye el
refrigerante y el subsistema de refrigeración independiente del
bloque motor (7) comprende adicionalmente un segundo depósito de
expansión y llenado (9) y está dispuesto de forma que, en uso, el
refrigerante fluye de forma natural desde el segundo depósito de
expansión y de llenado (9) hasta el radiador independiente
secundario (8) y al bloque motor (7).
2. Un sistema de refrigeración independiente de
acuerdo con la reivindicación 1, donde el subsistema de
refrigeración de la culata tiene una válvula de control de flujo
(3) situada entre el radiador primario (4) y la culata (1), que
controla el flujo de refrigerante en el circuito cerrado
independiente, de forma correspondiente.
3. Un sistema de refrigeración independiente de
acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, donde el sistema tiene un
módulo de control electrónico (10), que controla toda la operación
de refrigeración, donde el módulo de control electrónico, mediante
la recepción de una señal eléctrica desde el sensor de temperatura
de refrigerante, mide esta temperatura en un lugar especificado y,
dependiendo de este valor y del régimen de funcionamiento del
motor, controla la operación de la bomba (2) y la válvula de control
de flujo (3) proporcionando, de este modo, el caudal de flujo
necesario de refrigerante de la culata.
4. El sistema de refrigeración independiente de
acuerdo con la reivindicación 3, donde el módulo de control (10)
controla el funcionamiento de un ventilador (11).
5. Un sistema de refrigeración independiente de
acuerdo con la reivindicación 1, donde la bomba de refrigerante (2)
es una bomba eléctrica o electromecánica.
6. Un sistema de refrigeración independiente de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde
los radiadores primario y secundario
(7, 8) están dispuestos o bien en paralelo, o en serie con respecto al eje longitudinal de un vehículo.
(7, 8) están dispuestos o bien en paralelo, o en serie con respecto al eje longitudinal de un vehículo.
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