ES2268306T5 - Intercambiador termico para un sistema egr con conducto de derivacion integrado. - Google Patents
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Abstract
Intercambiador (1) de calor para un sistema EGR incluyendo una cámara (3) de refrigeración formada por una pluralidad de tubos (4) refrigerantes, un conducto (9) de derivación de aquellos gases de escape que no deber entrar en la cámara (3) de refrigeración y medios (15, 18, 19) para acoplar el intercambiador (1) de calor a un dispositivo de entrada de gases, la cámara (3) de refrigeración y el conducto (9) de derivación están situados dentro de una carcasa (2) cilíndrica cerrada en ambos lados por tapones (11, 13) que soportan los tubos (4) refrigerantes y el conducto (9) de derivación; los mencionados medios de acoplamiento incluyen una brida (15, 18, 19) caracterizada porque dicha brida define una primera abertura (21) que comunica con los tubos (4) refrigerantes de la cámara (3) de refrigeración, una segunda abertura (22) que comunica con el conducto (9) de derivación y una zona (23) de separación entre ambos, teniendo dichas aberturas (21, 22) de la brida (18, 19) una forma de segmentocircular.
Description
Intercambiador térmico para un sistema EGR con
conducto de derivación integrado.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor para un sistema de recirculación de gases de
escape (EGR) de un motor de combustión interna y, más
particularmente, a un intercambiador de calor con un conducto de
derivación integrado.
En la técnica actual se conocen diversos
sistemas de recirculación de gases de escapes en motores de
combustión interna a los que se llama sistemas EGR.
Estos sistemas recirculan gases de escape desde
el colector de escape hacia el colector de admisión del motor tras
someterlos a un proceso de enfriamiento, con el fin de reducir la
cantidad de emisiones de
NOx.
NOx.
Como en ciertas condiciones de funcionamiento
del motor no resulta conveniente el enfriamiento de los gases de
escape, se ha propuesto en la técnica utilizar conductos de
derivación que permitan la recirculación de gases de escape sin
pasar por el intercambiador de calor, bajo el gobierno de una
válvula que canaliza los gases de escape bien hacia el
intercambiador de calor, bien hacia el mencionado conducto de
derivación, según unas condiciones preestablecidas.
Una de esas propuestas es la descrita en la
patente de los EE.UU. 4.147.141 que describe un sistema EGR con un
conducto de derivación paralelo al intercambiador de calor y una
válvula EGR que mantiene cerrado el módulo hasta que la temperatura
del motor alcanza un cierto valor predeterminado y que, una vez
abierta, dirige los gases de escape hacia el conducto de derivación
cuando su temperatura es inferior a cierto límite y al
intercambiador de calor en caso contrario.
Otra propuesta es la descrita en la patente de
los EE.UU. 5.203.311 que incluye una primera válvula de control en
el conducto de derivación y una segunda válvula en el intercambiador
de calor.
Otra propuesta es la descrita en la patente de
los EE.UU. 5.617.726 en la que se usa un conducto de derivación de
manera diferente según las circunstancias de carga del motor y sus
componentes.
Otra propuesta es la descrita en la solicitud de
patente WO 02/10574 que incluye un intercambiador de calor para
gases de escape con una cámara refrigerante, un conducto de
derivación y unos medios para dirigir los gases de escape bien
hacia la cámara refrigerante, bien hacia el conducto de derivación y
en la que esos componentes están debidamente integrados para formar
una unidad que puede montarse fácilmente en el motor.
El documento
DE-C-914 450 describe un
intercambiador de calor para los gases de escape de un motor de
combustión interna que tiene una carcasa cilíndrica que alberga una
cámara de refrigeración formada por una pluralidad de tubos de
refrigeración y un conducto de derivación. El intercambiador se
acopla al circuito de escape mediante una brida de extremo que
tiene una única abertura que se comunica tanto con los tubos de
refrigeración como con el conducto de derivación. Una válvula de
mariposa controla el flujo de derivación.
La industria del automóvil demanda mejoras de
los sistemas EGR conocidos para atender diversas necesidades. Una
de ella viene motivada por crecientes exigencias de las regulaciones
administrativas sobre los límites admisibles de las emisiones de
NOx. Otra necesidad a satisfacer es facilitar el montaje de los
motores de los automóviles simplificando el diseño de sus
componentes para mejorar su capacidad de integración.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un intercambiador de calor que incluya, en una misma
unidad, tanto la cámara de refrigeración para el enfriamiento de
los gases como un conducto de derivación por que el deben circular
los gases cuando no es necesario su enfriamiento, que permita
controlar fácilmente el flujo de gas a través de la cámara de
refrigeración y el conducto de derivación, y limitar así las
emisiones del motor, y que sea estructuralmente simple y compacto
como para que sea fácilmente integrable en el motor.
El intercambiador está formado por una carcasa
cilíndrica y, dispuesta en el interior de la carcasa, una cámara de
refrigeración constituida, de manera bien conocida, por una
pluralidad de tubos (a los que llamaremos, en adelante, tubos
refrigerantes) y un tubo de derivación.
Según la presente invención, en el lado de
entrada de los gases de la carcasa y como medio de acoplamiento al
dispositivo de entrada de gases del sistema EGR, se dispone una
brida con una primera abertura que se comunica con los tubos
refrigerantes de la cámara de refrigeración y una segunda abertura
que se comunica con el conducto de derivación, existiendo entre
dichas aberturas una zona de separación.
Según realizaciones preferidas de la invención,
la forma de estas aberturas está relacionada tanto con el reparto
deseado de las áreas destinadas a la cámara de refrigeración y al
conducto de derivación como a la forma de éste.
Tomando como referencia la sección circular
interior de la carcasa cilíndrica, la forma preferida para dichas
aberturas sería la de dos segmentos circulares delimitados en dicha
sección circular mediante una banda de separación, siendo el
destinado a la cámara de refrigeración mayor que un semicírculo.
La zona de separación mencionada actúa como un
medio de cierre del lado de entrada de gases del intercambiador en
combinación con una válvula apropiada para abrir uno de las dos
aberturas mencionadas y, simultáneamente, cerrar la otra, en
función de las necesidades establecidas por el sistema EGR.
Una característica adicional de la invención es
que la mencionada carcasa se cierra mediante tapones externos
abrazando sus bordes para facilitar el montaje de los tubos
refrigerantes y facilitar la realización de las soldaduras. La
mencionada brida de acoplamiento al dispositivo de entrada de gases
se soldaría al correspondiente tapón de la carcasa.
Otra característica adicional de la invención es
que el mencionado conducto de derivación sea un conducto de doble
pared con una cámara de aire intermedia.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa, y en ningún sentido limitativa, de su
objeto en relación con los dibujos que se acompañan.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor para gases de Escape según la presente
invención y la Figura 2 es una vista en perspectiva de un despiece
ordenado de la misma.
La Figura 3 es una vista en planta de un
intercambiador de calor para gases de escape según la presente
invención.
La Figura 4 es una vista de un intercambiador de
calor para gases de escape según la presente invención por la
sección BB de la Figura 3.
La Figura 5 es una vista frontal de la brida del
intercambiador de calor representado en las figuras anteriores.
Las Figuras 6 y 7 son vistas frontales de
variantes de realización de la brida del intercambiador de calor
objeto de la presente invención.
En un sistema EGR una parte de los gases de
escape del motor sale al exterior a través del tubo de escape y
otra parte se recircula. La cantidad a recircular está controlada
por la válvula EGR, que, en determinadas circunstancias, por
ejemplo en una situación de máxima potencia, puede incluso estar
cerrada y no recircular nada. Los gases recirculados se mezclan con
el aire limpio y vuelven al motor a través del colector de
admisión.
En los sistemas EGR que incluyen un conducto de
derivación, los gases que se recirculan, pueden o no ser enfriados,
en función de la posición de la correspondiente válvula.
Para este tipo de sistemas EGR, la presente
invención proporciona un intercambiador de calor con el conducto de
derivación integrado.
Las Figuras 1 a 5 muestran un intercambiador 1
de calor para gases de escape según la presente invención formado
por una carcasa 2 cilíndrica que alberga en su interior una cámara 3
de refrigeración constituida, de manera habitualmente conocida en
la técnica, por un conjunto de tubos 4 y un conducto 9 que actúa
como conducto de derivación para que pasen por él aquellos gases de
escape que no van a enfriarse.
Un líquido refrigerante circula a través de la
carcasa 2, entrando por un conducto 5 y saliendo por un conducto
7.
La carcasa 2 se cierra por ambos lados con
tapones 11 y 13 que sirven de medios de fijación de los tubos 4 y
del conducto de derivación 9. Esos tapones abrazan a los bordes de
la carcasa 2 lo que facilita el proceso de montaje de los tubos 4 y
el proceso de soldadura.
El intercambiador 1 de calor para gases de
escape según la presente invención se acopla con el dispositivo de
entrada de gases (no representado) mediante la brida 15 en la que se
proporcionan una primera abertura 21 que comunica con los tubos 4
refrigerantes y una segunda abertura que comunica con el conducto 9
de derivación.
Una válvula apropiada (no representada),
accionada por los correspondientes medios de gobierno, conduce los
gases de escape hacia la cámara 3 de refrigeración o hacia el
conducto 9 de derivación.
El acoplamiento del intercambiador de calor al
colector de admisión de gases del motor se realizará utilizando
medios convencionales como la brida 16, que puede ser igual que la
brida 15 por razones de economía o proceso, ú otros medios
conocidos en la técnica como un cono de reconducción más una brida o
un cono de reconducción y un anillo.
Siguiendo, en particular, las Figuras 4 y 5
puede observarse que las dimensiones de las aberturas 21 y 22 de la
brida 15 están íntimamente relacionados con las áreas dedicadas a la
cámara 3 de refrigeración y al conducto 9 de derivación. Así mismo
puede apreciarse la presencia en la brida 15 de una zona 23 de
separación de las aberturas 21 y 22, relacionada con el espacio
disponible entre los tubos 4 refrigerantes y el conducto de
derivación resulta útil como medio de cierre, en combinación con la
válvula mencionada. La primera abertura 21 tiene forma de segmento
circular, de superficie algo mayor que un semicírculo de la carcasa
2 y el segunda abertura 22 también tiene forma de segmento
circular, aunque con sus vértices redondeados. Entre ambas aberturas
se sitúa la zona 23 de separación con su tramo central delimitado
por líneas rectas. Enfrentándose a la primera abertura 21 se sitúan
doce tubos 4, y enfrentándose a la abertura 22 se sitúa el conducto
9 de derivación de una forma ovalada.
Las Figuras 6 y 7 muestran bridas 18 y 19 en las
que las dos aberturas 21 y 22 tienen forma de segmento circular. En
la primera, el conducto 9 de derivación tiene forma semicircular y
en la segunda, tiene una forma ovalada. Podría tener así mismo
forma circular y en cada caso habría un distinto grado de
aprovechamiento del espacio delimitado por la abertura 22.
Como bien comprenderá el experto en la materia,
el dimensionamiento de las aberturas 21 y 22, utilizando el área de
refrigeración uno u otro número y tipo de tubos 4 refrigerantes, y
del conducto 9 de derivación, dependerá de las necesidades
funcionales de cada caso. Así, por ejemplo, se elegirá para el
conducto 9 de derivación la forma circular si se desea una mejor
relación entre el área de paso y la superficie de intercambio para
minimizar el intercambio de calor y se elegirá una forma de segmento
circular de la Figura 6 si la intención es aprovechar al máximo la
superficie delimitada por la abertura 22 para minimizar las pérdidas
de carga y, finalmente, se elegirá la forma ovalada de la Figura 7
si la intención es tener una opción intermedia entre las
anteriores.
La cámara 3 de refrigeración estará activa
permanentemente puesto que la circulación de líquido refrigerante a
través de la carcasa 2 formará parte del circuito general de
refrigeración del motor. Consecuentemente, se contempla la
posibilidad de utilizar conductos 9 de derivación de doble pared con
cámara de aire intermedia para asegurar que el enfriamiento de los
gases que circulan por él no supera un valor predeterminado.
Respecto a las realizaciones descritas de la
invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (7)
1. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR incluyendo una cámara (3) de refrigeración formada por una
pluralidad de tubos (4) refrigerantes, un conducto (9) de derivación
de aquellos gases de escape que no deber entrar en la cámara (3) de
refrigeración y medios (15, 18, 19) para acoplar el intercambiador
(1) de calor a un dispositivo de entrada de gases, la cámara (3) de
refrigeración y el conducto (9) de derivación están situados dentro
de una carcasa (2) cilíndrica cerrada en ambos lados por tapones
(11, 13) externos que soportan los tubos (4) refrigerantes y el
conducto (9) de derivación, abrazando dichos tapones los bordes de
dicha carcasa; los mencionados medios de acoplamiento incluyen una
brida (15, 18, 19) caracterizada porque dicha brida define
una primera abertura (21) que comunica con los tubos (4)
refrigerantes de la cámara (3) de refrigeración, una segunda
abertura (22) que comunica con el conducto (9) de derivación y una
zona (23) de separación entre ambos,
teniendo dichas aberturas (21, 22) de la brida
(18, 19) una forma de segmento circular.
2. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según la reivindicación 1, caracterizado porque la
segunda abertura (22) de la brida (15) que comunica con el conducto
(9) de derivación tiene vértices redondeados.
3. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la
sección transversal del conducto (9) de derivación tiene forma de
segmento circular.
4. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la sección transversal del conducto (9)
de derivación tiene forma circular.
5. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3
caracterizado porque la sección transversal del conducto (9)
de derivación tiene forma ovalada.
6. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque dichos tapones (11, 13) abrazan los
bordes de dicha carcasa para facilitar el montaje de los tubos (4)
refrigerantes y la realización de soldaduras.
7. Intercambiador (1) de calor para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque el conducto de derivación es un
conducto de doble pared con una cámara de aire intermedia.
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