ES2218724T3 - Motor de combustion interna concircuitos separados para agua de refrigeraciony aceite de lubricacion y/o engranajes. - Google Patents
Motor de combustion interna concircuitos separados para agua de refrigeraciony aceite de lubricacion y/o engranajes.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA MEDIOS INTERCAMBIADORES DE CALOR LIQUIDOS PARA EL CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO ALTERNADO, CONTROLADO POR VALVULAS, DE UNO DE LOS LIQUIDOS. PARA CONSEGUIR UNA CALIDAD DE REGULACION ALTA DE UN DISPOSITIVO DE VALVULAS Y PEQUEÑAS DIFERENCIAS DE TEMPERATURA ENTRE EL AVANCE Y EL RETORNO DEL MEDIO INTERCAMBIADOR DE CALOR UTILIZADO PARA EL CALENTAMIENTO Y LA REFRIGERACION, SE PROPONE INSTALAR EN EL RETORNO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA EL PRIMER LIQUIDO O MEDIO INTERCAMBIADOR DE CALOR, UTILIZADO PARA EL CALENTAMIENTO Y LA REFRIGERACION, UN SENSOR DE TEMPERATURA PARA EL CONTROL/AJUSTE DE VALVULAS INDEPENDIENTES INSTALADAS EN EL DISPOSITIVO DE VALVULAS DE UN AVANCE DE VAPOR Y UN AVANCE FRIO DEL PRIMER LIQUIDO O MEDIO INTERCAMBIADOR DE CALOR.
Description
Motor de combustión interna con circuitos
separados para agua de refrigeración y aceite de lubricación y/o de
engranajes.
La invención se refiere a un motor de combustión
interna con circuitos separados para agua de refrigeración y para
aceite de lubricación y/o de engranajes.
Un motor de combustión interna de esta clase es
conocido, por ejemplo, por el documento DE-OS 25 23
436. En este caso, el circuito dispuesto en cortocircuito por el
lado del motor está configurado sin válvulas y con un diámetro tal
que la regulación de la temperatura del refrigerante del motor de
combustión interna se logra a través de una válvula de termostato
dispuesta en el circuito de derivación, con incorporación de un
intercambiador de calor de aire/agua. Esta ejecución conocida es
adecuada únicamente para motores de combustión interna que entregan
su potencia en un estrecho rango prefijado de números de
revoluciones. Para motores de combustión interna previstos en
vehículos y que se hacen funcionar en forma fuertemente dinámica,
esta disposición conocida de circuitos para líquidos de
funcionamiento diferentes conduce a un comportamiento de regulación
fuertemente cambiante, con temperaturas de refrigerante
desfavorablemente altas en ciertas circunstancias.
Asimismo, se conoce por el documente US 2,670,933
una disposición de circuito para un motor de combustión interna en
la que, durante la marcha de calentamiento de dicho motor, se
conduce toda la circulación interior del refrigerante a través de
un intercambiador de calor de agua/aceite de lubricación. Bajo una
alta carga del motor de combustión interna se conecta un circuito
de refrigeración exterior a través de una válvula de termostato,
retornando toda el agua de refrigeración reenfriada al motor de
combustión interna a través del intercambiador de calor de
agua/aceite de lubricación. En un rango intermedio de temperatura
el circuito de refrigeración interior y el circuito de
refrigeración exterior del motor de combustión interna están
acoplados uno con otro a través de una válvula adicional de tal
manera que esta válvula, configurada como válvula de tres vías, es
controlada en función de la temperatura del aceite de lubricación
que sale del intercambiador de calor de agua/aceite de lubricación,
para lograr una entrada mixta de una porción de agua de
refrigeración fría y una porción de agua de refrigeración caliente
en el intercambiador de calor de agua/aceite de lubricación.
Para captar la temperatura del aceite de
lubricación puede servir, análogamente al estado de la técnica
anteriormente citado, un sensor de temperatura eléctrico cuyas
señales sirven para activar un servomotor que está en unión de
accionamiento con la válvula de tres vías. En otra ejecución el
aceite de lubricación puede ser alimentado a un equipo termostático
que está en unión de accionamiento con la válvula de tres vías,
existiendo el importante riesgo de que, en caso de que resulte
dañada una disposición de esta clase, los líquidos pasan al otro
circuito respectivo del motor de combustión interna y conducen al
fallo de este motor. Asimismo, ambas disposiciones antes citadas son
también complicadas en su construcción.
Se han dado a conocer en el documento P 196 37
817 y en el documento correspondiente EP 0 861 368 B1 una
disposición de circuitos separados, también de construcción
complicada, para agua y para aceite de lubricación y/o de engranajes
de un motor de combustión interna. Se muestra y describe un circuito
de refrigeración de un motor de combustión interna de vehículos con
un circuito de refrigeración principal, que contiene un refrigerador
del refrigerante, una bomba de refrigerante y un termostato del
motor que conecta el refrigerador del refrigerante al circuito de
refrigeración bajo control del retorno a través de una temperatura
predeterminada del refrigerante, un refrigerador de baja
temperatura integrado en el refrigerador del refrigerante y un
intercambiador de calor separado para el precalentamiento y
enfriamiento alternativos de un aceite de funcionamiento por medio
del refrigerante procedente del circuito de refrigeración.
A este intercambiador de calor se alimentan
refrigerante procedente de refrigerador de baja temperatura y/o
refrigerante calentado procedente de un recipiente de compensación
del circuito de refrigeración a través de una unidad de válvula
controlada, por ejemplo, por vía termostática. Esta unidad de
válvula está dispuesta en una ejecución complicada en la zona del
fondo del recipiente de compensación para controlar una tubería para
la entrada caliente del circuito de refrigerante y una tubería para
la entrada fría del refrigerador de baja temperatura con el fin de
efectuar una transferencia controlada del respectivo refrigerante
atemperado a una tubería de alimentación separada para el
intercambiador de calor de agua-aceite, que a su vez
está unido, a través de una tubería de retorno separada, con una
tubería de retorno del recipiente de compensación unida con el
circuito de refrigeración. Como se desprende especialmente de la
figura 5 del dibujo de los dos documentos antes citados, la
disposición espacialmente separada del intercambiador de calor de
agua-aceite y del recipiente de compensación
requiere tuberías de tendido espacialmente complicado.
Por último, se conoce por el documento EP 0 499
071 A1 una instalación de refrigeración para vehículos con motor de
combustión que comprende varios circuitos de refrigeración con
intercambiadores de calor asociados a éstos para medios diferentes,
de los cuales un primer intercambiador está destinado a refrigerar
el agua de refrigeración del motor, un segundo intercambiador está
destinado a refrigerar el aceite del motor por medio del agua de
refrigeración del motor y un tercer intercambiador está destinado a
refrigerar el aire de alimentación por medio del agua de
refrigeración del motor. Los circuitos de refrigeración, que pueden
unirse uno con otro de forma controlada por el lado del agua de
refrigeración y que comprenden cada uno de ellos un intercambiador
de calor de aire-agua separado, están equipados con
respectivos sensores de temperatura cuyas señales se alimentan a una
unidad electrónica de mando central para controlar la potencia de
refrigeración en el respectivo circuito de refrigeración, estando
equipado cada circuito de refrigeración con medios para influir
individualmente sobre la potencia de refrigeración. Sin embargo,
como muestran los ejemplos de ejecución representados en los
dibujos, esta instalación de refrigeración construida con muchos
intercambiadores de calor separados, incluyendo las numerosas
válvulas de mando y las numerosas bombas activables por separado,
es de construcción especialmente complicada.
La invención se basa en el problema de configurar
para un motor de combustión interna, que funciona especialmente con
alta dinámica y que tiene circuitos de refrigeración separados para
agua de refrigeración y para aceite de lubricación y/o de
engranajes con respectivos intercambiadores de calor, un control del
refrigerante, especialmente para la fase de calentamiento del motor
de combustión interna, junto con una estructura sencilla, de tal
manera que la temperatura del agua de refrigeración que sale de un
intercambiador de calor de agua-aceite se pueda
adaptar favorablemente en nivel de temperatura a las temperaturas de
otros equipos conectados al circuito de refrigeración.
Este problema se resuelve con la reivindicación
1.
Con la invención, el punto de apertura del
funcionamiento del equipo de válvula asociado al intercambiador de
calor de agua-aceite se puede colocar con la
invención a una altura claramente mayor con respecto a una
regulación de entrada del intercambiador de calor, con la ventaja de
un agua de refrigeración atemperada a mayor temperatura en la salida
del intercambiador de calor de agua-aceite, con lo
que el nivel de temperatura del agua de refrigeración que sale del
intercambiador de calor antes citado puede ser elevado
ventajosamente en la fase de calentamiento o de acondicionamiento
térmico del motor de combustión interna hasta el nivel de
temperatura del agua de refrigeración que circula en el circuito de
refrigerante interior o bien que circula en cortocircuito. La
marcha de calentamiento del motor de combustión interna se acorta
así claramente, pudiendo ajustarse de forma óptima la circulación
del agua de refrigeración en los circuitos de refrigerante interior
y exterior del motor de combustión interna por medio de la válvula
de termostato prevista en el circuito de cortocircuito del lado del
motor a lo largo de todo el rango de número de revoluciones y de
potencia del motor de combustión interna. Para la entrega de alta
potencia del motor de combustión interna y, por tanto, temperaturas
inherentes altas para el aceite de lubricación y/o el aceite de
engranajes, es más ventajoso que el intercambiador de calor de
agua-aceite separado sea solicitado por medio de
agua de refrigeración procedente del refrigerador de baja
temperatura, la cual está claramente más fría que la del
intercambiador de calor de aire-agua. Por último,
los dos circuitos configurados según la invención para agua de
refrigeración y para aceite de lubricación y/o de engranajes están
configurados en su respectiva estructura en una forma sensiblemente
más sencilla que la del estado de la técnica expuesto, y ello sin
ninguna merma funcional.
En una ejecución de la invención el elemento de
material extensible puede estar equipado con un elemento de
calentamiento eléctrico que pueda ser activado a través de señales
de un sensor de temperatura adicional dispuesto en un cárter de
aceite del motor de combustión interna.
Otra ejecución de la invención se caracteriza por
su empleo a temperaturas del agua de refrigeración del motor de
combustión interna de 100ºC y más controladas/reguladas por campos
característicos.
Se describe la invención haciendo referencia a un
ejemplo de ejecución representado esquemáticamente en el dibujo.
Un intercambiador de calor 2 solicitado, por un
lado, por el agua de refrigeración de un motor de combustión interna
1 y, por otro lado, por el aceite de lubricación y/o de engranajes
está solicitado por el lado de entrada bajo control de válvula con
corrientes de diferente grado de atemperado del agua de
refrigeración para calentar y enfriar alternativamente los aceites,
siendo controlado un equipo de válvula 3 dispuesto por el lado de
entrada en función de una temperatura del lado de salida de uno de
los líquidos.
Como es sabido, el agua de refrigeración del
motor de combustión interna es hecha circular en cortocircuito
durante la marcha de calentamiento por medio de un termostato 4 para
lograr un rápido calentamiento del motor de combustión interna 1
hasta la temperatura de funcionamiento.
Para llevar el motor de combustión interna 1 a la
temperatura de funcionamiento con mayor rapidez todavía, se
alimenta su aceite de lubricación al intercambiador de calor 2, el
cual es solicitado en derivación bajo control de válvula, durante el
funcionamiento de marcha de calentamiento del motor de combustión
interna 1, por el agua de refrigeración del motor de combustión
interna 1 calentada durante el funcionamiento en cortocircuito para
lograr un calentamiento prematuro del aceite de lubricación del
motor de combustión interna 1. A este fin, el equipo de válvula 3
unido con una entrada 5 de agua de refrigeración del intercambiador
de calor 2 a través de su salida 6 está unido mediante su entrada
caliente 7, a través de una tubería 8, con un ramal de ida 10 que
une el motor de combustión interna 1 con un intercambiador de calor
de aire-agua 9. A través de una salida 11 de agua
de refrigeración del intercambiador de calor de
agua-aceite 2, el agua de refrigeración es
alimentada, a través de una tubería 12 y una bomba 13, al circuito
en cortocircuito del motor de combustión interna 1. El equipo de
válvula 3 dispone también de una entrada fría 14 que está unida, a
través de una tubería 15, con u refrigerador 9' de baja temperatura
del intercambiador de calor de aire-agua 9.
Para controlar las corrientes de agua de
refrigeración de diferente grado de atemperado a través de la
entrada caliente 7 y la entrada fría 14, el equipo de válvula 3
comprende válvulas 16 y 17. Estas válvulas 16 y 17 pueden ser
accionadas cada una por separado, por ejemplo bajo el control de
campos característicos, por medio de un servomotor propio (no
mostrado).
Según el dibujo único, las válvulas 16 y 17,
dispuestas a una distancia mutua fija, son accionadas
conjuntamente. Como se desprende también del dibujo, la válvula 16
que controla la entrada caliente 7 se encuentra en la posición
abierta y la válvula 17 que controla la entrada fría 14 se encuentra
en la posición de cierre. Esta posición de válvula usual al
comienzo de una fase de marcha de calentamiento del motor de
combustión interna 1 se puede variar de forma controlada al
aumentar el calentamiento del motor de combustión interna 1 de tal
manera que el agua de refrigeración caliente alimentada a través de
la entrada caliente 7 se mezcle con agua fría refrigerada
alimentada a través de la entrada fría 14 mediante posiciones
abiertas correspondientes de las dos válvulas 16 y 17 en la unidad
de válvula 3 y, por tanto, el agua de refrigeración alimentada a la
entrada 5 del intercambiador de calor 2 a través de la salida 6
presente una temperatura mixta. La adición de agua de refrigeración
fría es tanto más intensa cuanto más alta sea la temperatura del
agua de refrigeración procedente del funcionamiento de cortocircuito
del motor de combustión interna que se alimenta desde el ramal de
ida 10 a través de la tubería 8 y la entrada caliente 7,
especialmente a temperaturas del agua de refrigeración de 100º y
más controladas/reguladas por campos característicos.
Para lograr una alta calidad de regulación del
equipo de válvula 3 y una alta temperatura del agua de refrigeración
que sale del intercambiador de calor 2 a través de la salida 11,
para evitar una fase de marcha de calentamiento retardada del motor
de combustión interna 1, se ha dispuesto según la invención en la
salida 11 del intercambiador de calor de agua-aceite
2 para el agua de refrigeración que sirve para fines de
calentamiento y refrigeración un sensor de temperatura 18 destinado
a controlar/regular las válvulas 16 y 17 del equipo de válvula 3
asociadas a la entrada caliente 7 y a la entrada fría 14. La ventaja
de la disposición según la invención del sensor de temperatura 18
en la salida 11 del intercambiador de calor 2 es que las corrientes
de agua de refrigeración atemperadas de forma diferente y reunidas a
través del equipo de válvula 3 se entremezclan bien en el
intercambiador de calor 2 a lo largo de prolongados recorridos de
flujo, con una temperatura respectiva relativamente constante en la
salida 11 del intercambiador de calor 2. Dado que al calentar el
aceite de lubricación y/o de engranajes por medio del intercambiador
de calor 2 el agua de refrigeración en la salida 11 está más fría
que en la entrada 5, se puede elegir con el sensor de temperatura
18 dispuesto según la invención una temperatura de activación
sensiblemente más alta para accionar las válvulas 16 y 17. Por medio
de la respectiva temperatura mixta relativamente constante en la
salida 11 del intercambiador de calor 2 se obtiene, en combinación
con una temperatura de activación seleccionable relativamente alta
del sensor de temperatura 18, una alta calidad de regulación y un
nivel de temperatura relativamente alto del agua de refrigeración
que llega de la salida 11, a través de la tubería 12 y la bomba 13,
al circuito de cortocircuito del motor de combustión interna 1
durante la fase de marcha de calentamiento.
Para lograr un equipo de válvula 3 de estructura
sencilla se ha previsto como sensor de temperatura 18 un elemento de
material extensible 19 lleno de cera con un pistón 20 a manera de
vástago, llevando el pistón 20 unos platos de válvula 16', 17'
dispuestos a una distancia tal que en cada carrera máxima del pistón
un plato de válvula 16' ó 17' esté en posición abierta y el otro
plato de válvula 17' ó 16' esté en posición de cierre. Para
simplificar aún más el equipo de válvula 3, éste está configurado
como un componente separado con una salida 6 dispuesta entre las
válvulas 16, 17, a través de la cual el equipo de válvula 3 se
puede unir herméticamente con la entrada 5 del intercambiador de
calor 2, uniendo un pistón 20 configurado en forma acoplable a base
de dos segmentos 20', 20'' la unidad de válvula 3 con el elemento de
material extensible 19 dispuesto en la salida 11 del intercambiador
de calor.
Como se desprende también del dibujo, el
intercambiador de calor 2 controlado según la invención sirve
también para calentar y enfriar alternativamente el aceite de una
caja de engranajes 21 que forma un grupo de accionamiento 22 junto
con el motor de combustión interna 1.
Los diferentes aceites de un grupo de
accionamiento 22 pueden ser templados o calentados o enfriados, como
se muestra, a través de un intercambiador de calor de
agua-aceite común 2 configurado según la invención o
bien a través de intercambiadores de calor separados 2. Este
concepto de calentamiento/refrigeración de engranajes puede
incrementarse ventajosamente en su acción haciendo que el elemento
de material extensible 19 esté equipado con un elemento de
calentamiento eléctrico no mostrado que pueda ser activado a través
de señales de un sensor de temperatura adicional dispuesto en un
colector de aceite del grupo de accionamiento 22. De esta manera, se
puede desplazar la temperatura de regulación del equipo de válvula 3
hacia temperaturas más altas para conseguir un rápido calentamiento
de los aceites del grupo de accionamiento 22 junto con una marcha
de calentamiento apenas retardada del motor de combustión interna
1.
Claims (3)
1. Motor de combustión interna con circuitos
separados para agua de refrigeración y para aceite de lubricación
y/o de engranajes,
- -
- en el que se tiene que en el circuito de agua de refrigeración del motor de combustión interna (1) equipado con una bomba (13), dicho motor está unido con un intercambiador de calor de aire-agua (9) a través de un ramal de ida (10) y un ramal de retorno (10') controlado por medio de un termostato (4), y
- -
- a través del termostato (4) unido por el otro lado con el ramal de ida (10) es hecha circular también el agua de refrigeración en cortocircuito durante la marcha de calentamiento del motor de combustión interna (1),
- -
- además, para calentar y enfriar alternativamente el aceite de lubricación y/o de engranajes por medio de agua de refrigeración está previsto un intercambiador de calor de agua-aceite separado (2) con un equipo de válvula (3) de construcción separada que
- -
- comprende platos de válvula (16', 17') dispuestos a distancia mutua sobre un pistón controlable (20) a manera de vástago para controlar una entrada caliente (7) unida con el ramal de ida (10) a través de una tubería (8) y una entrada fría unida, a través de una tubería (15), con un refrigerador de baja temperatura (9') dispuesto en el intercambiador de calor de aire-agua (9), y
- -
- el intercambiador de calor de agua-aceite (2) unido a través de una entrada (5) con una salida (6) del equipo de válvula (3) dispuesta entre las válvulas (16, 17) está unido por el lado de aspiración con la bomba (13) por medio de una salida (11) y a través de una tubería (12),
- -
- estando dispuesto en la salida (11) un elemento de material extensible (19) lleno de cera, que sirve de sensor de temperatura, para actuar con efecto de control sobre el pistón (20) que lleva los platos de válvula (16', 17') para la entrada caliente y la entrada fría,
- -
- estando configurado eventualmente el pistón (20) en forma acoplable a base de dos segmentos (20', 20'').
2. Motor de combustión interna según la
reivindicación 1, caracterizado porque
- -
- el elemento de material extensible (19) está equipado con un elemento de calentamiento eléctrico que
- -
- puede ser activado a través de señales de un sensor de temperatura dispuesto adicionalmente en un colector de aceite de un grupo de accionamiento (22) que comprende el motor de combustión interna (1).
3. Motor de combustión interna según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado por su empleo a
temperaturas del agua de refrigeración del motor de combustión
interna (1) de 100ºC y más controladas/reguladas por campos
característicos.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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