ES2249094B1 - Sistema de regulacion de la temperatura del aceite para vehiculos equipados con un circuito de refrigeracion de liquidos y su correspondiente procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Sistema de regulación de la temperatura del aceite para vehículos equipados con un circuito de refrigeración de líquidos y su correspondiente procedimiento. Comprende un motor de combustión interna (1), un radiador (2), un líquido refrigerante del motor (1), un intercambiador de calor (3), y un primer dispositivo de regulación térmica (4) del motor (1). Se caracteriza por el hecho de que comprende una única llegada de líquido refrigerante hacia el intercambiador de calor (3) proveniente del radiador (2) o del motor (1), y un segundo dispositivo de regulación de temperatura (6), pilotado mediante la temperatura del aceite a la entrada o a la salida del intercambiador (3), permitiendo el calentamiento del aceite según una etapa de calentamiento forzado y una etapa de calentamiento natural, y la regulación de la temperatura del aceite para mantenerla a su temperatura ideal de funcionamiento. Se obtiene una gran simplificación del sistema de regulación de la temperatura del aceite.
Description
Sistema de regulación de la temperatura del
aceite para vehículos equipados con un circuito de refrigeración de
líquidos y su correspondiente procedimiento.
La presente invención se refiere a un sistema de
regulación de la temperatura del aceite para vehículos equipados con
un circuito de refrigeración de líquidos. La invención también se
refiere a su correspondiente procedimiento.
El sistema para la regulación de la temperatura
del aceite para vehículos equipados con un circuito de refrigeración
de líquidos de la presente invención, es del tipo que comprende un
motor de combustión interna, un radiador conectado a la salida del
motor, un líquido refrigerante del motor, un intercambiador de
calor que comprende un primer circuito para la circulación del
líquido refrigerante y un segundo circuito para la circulación del
aceite a calentar o enfriar por intercambio de calor con dicho
líquido refrigerante, y un primer dispositivo de regulación térmica
del motor que regula el paso de líquido refrigerante desde el motor
bien a través del radiador para su enfriamiento o bien a través de
un conducto de by-pass que lo dirige hacia el
intercambiador de calor, en función de una primera temperatura
operativa del líquido refrigerante.
Es sabido que el funcionamiento de un vehículo
provoca una disipación de calor en el aceite destinado a la
lubricación de ciertos órganos, tal como el motor, la caja de
cambios, etc., y necesita un enfriamiento de este aceite (aceite del
motor, transmisión, u otro circuito de aceite) a fin de evitar un
exceso de temperatura perjudicial de sus características
funcionales.
El enfriamiento del aceite puede ser natural, es
decir, por intercambio de calor con el exterior o con el circuito
de enfriamiento de líquido a través de las paredes del cárter de
aceite o de otras partes del circuito de aceite, o bien puede ser
forzado.
En el caso del enfriamiento forzado, el circuito
del aceite comprende un intercambiador encargado de disipar el calor
del aceite en el aire ambiente (enfriador aceite/aire) o en el
líquido refrigerante (enfriador aceite/agua).
En ciertos sistemas de enfriamiento forzado del
aceite, la regulación del enfriamiento del aceite se obtiene
incorporando en el circuito del aceite un dispositivo de
regulación, como por ejemplo un termostato. En estos sistemas, el
dispositivo de regulación se basa generalmente en regular la
intensidad de enfriamiento, por ejemplo, modificando el caudal de
aceite o de agua en el intercambiador en función de la temperatura
para mantenerla constante.
Estos sistemas de regulación del enfriamiento
del aceite pueden variar continuamente entre dos estados: ausencia
de enfriamiento del aceite y enfriamiento máximo del aceite. Sin
embargo, estos sistemas no permiten un calentamiento del
aceite.
En la práctica se ha comprobado que, en ciertas
circunstancias, por ejemplo en el momento del arranque del vehículo,
el líquido refrigerante que proviene del motor puede encontrarse a
una temperatura más elevada que el aceite, mientras que el aceite
tiene una temperatura aún insuficiente para un funcionamiento
óptimo, siendo en este caso conveniente calentar el aceite.
Para mejorar esta situación se utilizan otros
sistemas de enfriamiento forzado de aceite que utilizan un
intercambiador aceite/agua, que comprenden una función de
calentamiento del aceite mediante la incorporación al sistema de una
llegada de agua caliente, por ejemplo proveniente directamente del
motor. En este caso, el dispositivo de regulación se basa en el
envío de agua caliente (que proviene por ejemplo del motor) o de
agua fría (que proviene por ejemplo de un radiador de baja
temperatura) a través del intercambiador de aceite en función de su
temperatura. Este sistema permite pues acelerar el calentamiento del
aceite.
La patente US 6,196,168 se refiere a un
dispositivo y procedimiento para precalentar y enfriar,
especialmente un fluido de transmisión de un motor de combustión
interna.
Dicho dispositivo se caracteriza porque
comprende una válvula termostática que permite cambiar entre dos
estados: un primer estado que hace circular el fluido refrigerante
desde el motor hacia el intercambiador de calor, sin pasar por el
radiador, para calentar el aceite; y un segundo estado que hace
circular el fluido refrigerante desde dos caminos diferentes hacia
el intercambiador de calor, concretamente desde el radiador (para
el enfriamiento) y desde el motor (para el calentamiento), de modo
que el aceite alcance la temperatura deseada.
En estos sistemas de regulación de temperatura
del aceite que comprenden a la vez una función de calentamiento y
una función de enfriamiento, el intercambiador del aceite está
constantemente en funcionamiento; ya sea funcionando en modo
calentamiento del aceite (temperatura del aceite menor que la
temperatura del agua de refrigeración), ya sea en modo enfriamiento
del aceite (temperatura del aceite mayor que la temperatura del
agua de refrigeración).
Estos sistemas pueden variar continuamente entre
estos dos estados (calentamiento o enfriamiento) pasando por un
estado intermedio puntual (temperatura del aceite igual que la
temperatura del agua de refrigeración) donde la eficacia del
intercambiador se
anula.
anula.
Sin embargo, puede ocurrir que la temperatura
del aceite sea superior a la temperatura del agua de refrigeración,
pero inferior a su temperatura ideal. En este caso, este segundo
tipo de sistemas funcionará siempre en modo enfriador, por lo que
frenará el calentamiento deseable del aceite hasta su temperatura
ideal, ocasionando de este modo pérdidas por rozamiento de los
órganos lubrificados.
El objetivo del sistema y procedimiento de
regulación de la temperatura del aceite para vehículos equipados
con un circuito de refrigeración de líquidos, de la presente
invención, es solventar los inconvenientes que presentan los
sistemas conocidos en la técnica, proporcionando una gran
simplificación del sistema mediante una sola llegada de fluido
refrigerante y permitiendo la función de calentamiento o
enfriamiento del aceite.
El sistema para la regulación de la temperatura
del aceite para vehículos equipados con un circuito de
refrigeración de líquidos, objeto de la presente invención, se
caracteriza por el hecho de que comprende una única llegada de
líquido refrigerante hacia el intercambiador de calor proveniente
del radiador o del motor, y un segundo dispositivo de regulación de
temperatura, pilotado mediante la temperatura del aceite a la
entrada o a la salida del intercambiador, que regula el intercambio
de calor entre el líquido de refrigeración y el aceite, permitiendo
el calentamiento del aceite según una etapa de calentamiento
forzado y una etapa de calentamiento natural, y la regulación de la
temperatura del aceite para mantenerla a su temperatura ideal de
funcionamiento.
De este modo, se obtiene un sistema de
regulación de la temperatura del aceite más simplificado, ya que
mediante una única llegada de fluido refrigerante al intercambiador,
como en el caso de un intercambiador pasivo convencional, el
sistema puede además realizar la función de calentamiento del aceite
en dos fases: un calentamiento forzado del aceite a través del
fluido refrigerante ("water forced heating up") y después un
calentamiento natural del aceite ("self heating up") debido a
la circulación en el motor, y la función de regulación de la
temperatura del
aceite.
aceite.
Por otra parte, no es necesario realizar ninguna
modificación sobre el circuito de aceite con respecto a un
intercambiador pasivo convencional.
Preferentemente, el primer dispositivo de
regulación de temperatura puede ser un termostato, o una válvula
termostática comandada de manera neumática o eléctrica.
También preferentemente, el segundo dispositivo
de regulación de temperatura es un termostato, o una válvula
termostática comandada de manera neumática o eléctrica.
Ventajosamente, la temperatura ideal del aceite
está comprendida entre 90ºC y 130ºC.
De acuerdo con un primer aspecto de la
invención, el segundo dispositivo de regulación de temperatura está
dispuesto en el circuito de refrigeración, y está pilotado mediante
la temperatura del aceite a la entrada o a la salida del
intercambiador, regulando el paso de líquido refrigerante bien a
través del intercambiador de calor o bien a través de un conducto
de by-pass de dicho intercambiador.
En este caso, cuando el líquido refrigerante
procedente del motor circula a través del intercambiador de calor,
se lleva a cabo la fase de calentamiento forzado del aceite;
mientras que cuando el líquido refrigerante circula a través del
conducto de by-pass, se produce el calentamiento
natural del aceite.
Según una primera realización de la invención,
la alimentación del líquido refrigerante en el intercambiador está
provocada mediante una pérdida de carga en su correspondiente
conducto de by-pass.
Según una segunda realización de la invención,
la alimentación del líquido refrigerante en el intercambiador se
realiza mediante un conducto de by-pass
directamente desde el motor.
De este modo, una alimentación directa al
intercambiador evita la creación de una pérdida de carga en el
circuito como ocurre en el caso descrito en la primera realización,
por lo que se ve mejorado el rendimiento térmico.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, el segundo dispositivo de regulación de temperatura está
dispuesto en el circuito de aceite, y está pilotado mediante la
temperatura del aceite a la entrada o a la salida del
intercambiador, regulando el paso de aceite bien a través del
intercambiador de calor o bien a través de un conducto de
by-pass de dicho intercambiador.
En este otro caso, cuando el aceite circula a
través del intercambiador de calor, se lleva a cabo el
calentamiento forzado del aceite por intercambio térmico con el
líquido refrigerante procedente del motor; mientras que cuando el
aceite circula a través del conducto de by-pass, se
produce el calentamiento natural del aceite.
Según una tercera realización de la invención,
el intercambiador de calor está situado en la salida de una válvula
de descarga de la bomba de aceite.
El procedimiento para la regulación de la
temperatura del aceite para vehículos equipados con un circuito de
refrigeración de líquidos, aplicado al sistema de la invención, se
caracteriza por el hecho de que, en una primera fase, consiste en
realizar las siguientes etapas:
- a)
- Cuando la temperatura del aceite es menor que su temperatura ideal, permitir la circulación del líquido refrigerante desde el motor a través del intercambiador de calor para calentar el aceite hasta que su temperatura alcance un valor ligeramente inferior a la temperatura operativa del líquido refrigerante, según un calentamiento forzado.
- b)
- Mientras la temperatura del aceite sea mayor o igual a la temperatura operativa del líquido refrigerante, pero menor que su valor ideal, detener la circulación de líquido refrigerante o de aceite en el intercambiador, conduciéndolo a través de su correspondiente conducto de by-pass, para conseguir que la temperatura del aceite aumente progresivamente hasta alcanzar su valor ideal, según un calentamiento natural.
\hskip0.5cmy en una segunda fase, se realiza la siguiente etapa:
- c)
- Cuando la temperatura del aceite ha alcanzando su valor ideal, restablecer progresivamente la circulación de líquido refrigerante o de aceite a través del intercambiador, de modo que se obtiene una regulación de la temperatura del aceite para mantenerla en su valor ideal.
Ventajosamente, cada una de las anteriores
etapas a), b) y c) están comandadas a través del segundo
dispositivo de regulación de temperatura, en función de la
temperatura del aceite a la entrada o a la salida del intercambiador
de calor.
Con el fin de facilitar la descripción de cuanto
se ha expuesto anteriormente se adjuntan unos dibujos en los que,
esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se
representan tres casos prácticos de realizaciones del sistema de
regulación de la temperatura del aceite para vehículos equipados con
un circuito de refrigeración de líquidos de la invención, en los
cuales:
la figura 1 es un circuito esquemático del
sistema de regulación de la invención, según una primera
realización;
la figura 2 es un circuito esquemático del
sistema de regulación de la invención, según una segunda
realización; y
la figura 3 es un circuito esquemático del
sistema de regulación de la invención, según una tercera
realización.
Una primera realización de la invención se
representa en la figura 1, que muestra el circuito del líquido
refrigerante.
Tal como puede apreciarse en la figura 1, el
sistema de regulación de la temperatura del aceite comprende un
motor de combustión interna 1; un radiador 2 conectado a la salida
del motor 1; un líquido refrigerante del motor; un intercambiador
de calor 3, situado en el circuito del agua, que comprende un
primer circuito para la circulación del agua y un segundo circuito
para la circulación del aceite a calentar o enfriar por intercambio
de calor con el agua; un primer termostato 4 del motor 1 que regula
el paso de agua desde el motor 1 bien a través del radiador 2 para
su enfriamiento o bien a través de un conducto de
by-pass 5a que lo dirige hacia el intercambiador de
calor 3, en función de una primera temperatura operativa del
agua.
También comprende una única llegada de agua
hacia el intercambiador de calor 3 proveniente del radiador 2 o del
motor 1; un segundo termostato 6 pilotado mediante la temperatura
del aceite a la entrada o a la salida del intercambiador 3; y una
bomba 7 que recircula el agua hacia el motor 1.
En el circuito de la figura 1 puede observase
que la alimentación del líquido refrigerante en el intercambiador 3
está provocada mediante una pérdida de carga en su correspondiente
conducto de by-pass.
Una segunda realización de la invención se
representa en la figura 2, que también muestra el circuito del
líquido refrigerante.
En este caso, el sistema de regulación de la
temperatura del aceite comprende los mismos elementos que los
descritos en la primera realización, con la diferencia que la
alimentación del líquido refrigerante en el intercambiador 3 se
realiza mediante un conducto de by-pass 5b
directamente desde el motor 1.
De este modo, una alimentación directa al
intercambiador 3 evita la creación de una pérdida de carga en el
circuito como ocurre en el caso descrito en la primera realización,
por lo que se ve mejorado el rendimiento térmico.
Una tercera realización de la invención se
representa en la figura 3, que muestra el circuito del aceite.
En este caso, el sistema de regulación de la
temperatura del aceite comprende los mismos elementos que los
descritos en la primera y segunda realización, con la diferencia que
el intercambiador de calor 3 está situado en el circuito del
aceite.
Del mismo modo, el segundo termostato 6 está
pilotado mediante la temperatura del aceite a la entrada o a la
salida del intercambiador 3.
También comprende una bomba 8 que aspira el
aceite hacia el intercambiador de calor 3, y una válvula de
descarga 9 situada entre dicha bomba de aceite 8 y el
intercambiador de calor 3.
Para cualquiera de las realizaciones descritas
anteriormente, el segundo termostato 6 regula el intercambio de
calor entre el agua y el aceite, según el siguiente
funcionamiento:
En primer lugar, el segundo termostato 6 permite
la circulación del agua desde el motor 1 (temperatura del agua
superior a la temperatura del aceite) hacia el intercambiador 3,
hasta que el aceite alcanza una temperatura cercana e inferior a la
temperatura del agua que se encuentra a 90ºC. Esta fase corresponde
a un calentamiento forzado del aceite.
A continuación, el segundo termostato 6 detiene
la circulación del agua o aceite hacia el intercambiador 3, y lo
conduce hacia su correspondiente conducto de
by-pass, de modo que la temperatura del aceite va
incrementando desde 90ºC a 115ºC. Esta fase corresponde a un
calentamiento natural del aceite, y permite que la temperatura del
aceite aumente hasta su temperatura ideal, que en este ejemplo es
de 115ºC.
Finalmente, el segundo termostato 6 restablece
progresivamente la circulación del agua o aceite para mantener el
aceite a su temperatura ideal de 115ºC.
Por tanto, se obtiene una gran simplificación
del circuito de agua, con una sola llegada de agua al
intercambiador 3, permitiendo además realizar la función de
calentamiento en dos fases: un calentamiento forzado del aceite por
intercambio de calor con el agua, y después un calentamiento
natural, y la función de regulación de la temperatura del
aceite.
Además, no es necesario efectuar ninguna
modificación en el circuito de aceite con respecto a un
intercambiador pasivo convencional.
Por otra parte, aunque se han descrito estas
tres realizaciones preferidas, cabe destacar que el sistema
propuesto podría funcionar únicamente en modo de calentamiento
natural debido a la circulación en el motor. Este calentamiento
natural se podría ver forzado mediante la incorporación de un
elemento que proporcione una fase de calentamiento artificial, tal
como una resistencia eléctrica dentro del aceite, o un
intercambiador de tres fluidos para permitir, por ejemplo, calentar
el aceite con los gases provenientes del sistema EGR (sistema de
recirculación de gases de escape de un motor).
Claims (13)
1. Sistema para la regulación de la temperatura
del aceite para vehículos equipados con un circuito de refrigeración
de líquidos, que comprende un motor de combustión interna (1), un
radiador (2) conectado a la salida del motor (1), un líquido
refrigerante del motor (1), un intercambiador de calor (3) que
comprende un primer circuito para la circulación del líquido
refrigerante y un segundo circuito para la circulación del aceite a
calentar o enfriar por intercambio de calor con dicho líquido
refrigerante, y un primer dispositivo de regulación térmica (4) del
motor (1) que regula el paso de líquido refrigerante desde el motor
(1) bien a través del radiador (2) para su enfriamiento o bien a
través de un conducto de by-pass (5a, 5b) que lo
dirige hacia el intercambiador de calor (3), en función de una
primera temperatura operativa del líquido refrigerante,
caracterizado por el hecho de que comprende una única llegada
de líquido refrigerante hacia el intercambiador de calor (3)
proveniente del radiador (2) o del motor (1), y un segundo
dispositivo de regulación de temperatura (6), pilotado mediante la
temperatura del aceite a la entrada o a la salida del
intercambiador (3), que regula el intercambio de calor entre el
líquido de refrigeración y el aceite, permitiendo el calentamiento
del aceite según una etapa de calentamiento forzado y una etapa de
calentamiento natural, y la regulación de la temperatura del aceite
para mantenerla a su temperatura ideal de funcionamiento.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el primer dispositivo de
regulación de temperatura (4) es un termostato.
3. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el primer dispositivo de
regulación de temperatura (4) es una válvula termostática comandada
de manera neumática o eléctrica.
4. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el segundo dispositivo de
regulación de temperatura (6) es un termostato.
5. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el segundo dispositivo de
regulación de temperatura (6) es una válvula termostática comandada
de manera neumática o eléctrica.
6. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la temperatura ideal del
aceite está comprendida entre 90ºC y 130ºC.
7. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el
segundo dispositivo de regulación de temperatura (6) está dispuesto
en el circuito de refrigeración, y está pilotado mediante la
temperatura del aceite a la entrada o a la salida del intercambiador
(3), regulando el paso de líquido refrigerante bien a través del
intercambiador de calor (3) o bien a través de un conducto de
by-pass de dicho intercambiador (3).
8. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la alimentación del
líquido refrigerante en el intercambiador (3) está provocada
mediante una pérdida de carga en su correspondiente conducto de
by-pass.
9. Sistema, según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la alimentación del
líquido refrigerante en el intercambiador (3) se realiza mediante
un conducto de by-pass (5b) directamente desde el
motor (1).
10. Sistema, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el
segundo dispositivo de regulación de temperatura (6) está dispuesto
en el circuito de aceite, y está pilotado mediante la temperatura
del aceite a la entrada o a la salida del intercambiador (3),
regulando el paso de aceite bien a través del intercambiador de
calor (3) o bien a través de un conducto de by-pass
de dicho intercambiador (3).
11. Sistema, según la reivindicación 10,
caracterizado por el hecho de que el intercambiador de calor
(3) está situado en la salida de una válvula de descarga (9) de la
bomba de aceite (8).
12. Procedimiento para la regulación de la
temperatura del aceite para vehículos equipados con un circuito de
refrigeración de líquidos, aplicado al sistema de la invención,
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que, en una primera fase,
consiste en realizar las siguientes etapas:
- a)
- Cuando la temperatura del aceite es menor que su temperatura ideal, permitir la circulación del líquido refrigerante desde el motor (1) a través del intercambiador de calor (3) para calentar el aceite hasta que su temperatura alcance un valor ligeramente inferior a la temperatura operativa del líquido refrigerante, según un calentamiento forzado.
- b)
- Mientras la temperatura del aceite sea mayor o igual a la temperatura operativa del líquido refrigerante, pero menor que su valor ideal, detener la circulación de líquido refrigerante o de aceite en el intercambiador (3), conduciéndolo a través de su correspondiente conducto de by-pass, para conseguir que la temperatura del aceite aumente progresivamente hasta alcanzar su valor ideal, según un calentamiento natural.
\hskip0.5cmy en una segunda fase, se realiza la siguiente etapa:
- c)
- Cuando la temperatura del aceite ha alcanzando su valor ideal, restablecer progresivamente la circulación de líquido refrigerante o de aceite a través del intercambiador (3), de modo que se obtiene una regulación de la temperatura del aceite para mantenerla en su valor ideal.
13. Procedimiento, según la reivindicación 12,
caracterizado por el hecho de que cada una de las etapas a),
b) y c) están comandadas a través del segundo dispositivo de
regulación de temperatura (6), en función de la temperatura del
aceite a la entrada o a la salida del intercambiador de calor
(3).
(3).
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