ES2283141T3 - Carter de bomba de refrigerante de motor de vehiculo. - Google Patents

Carter de bomba de refrigerante de motor de vehiculo. Download PDF

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Abstract

Un sistema refrigerante para un motor de combustión interna, de tal modo que dicho sistema refrigerante incluye un circuito (14) de flujo de refrigerante, destinado a un refrigerante, el cual, en parte, incluye medios de paso (15) para el refrigerante a través de un bloque (10) de motor, perteneciente al motor, y a través de un intercambiador de calor (12), de tal manera que dicho sistema refrigerante incluye adicionalmente unos medios (22) de bomba de refrigerante, concebidos para provocar, cuando se ponen en funcionamiento, un flujo de refrigerante en torno a dicho circuito (14) de flujo de refrigerante, siendo dichos medios (22) de bomba de refrigerante accionados por un motor eléctrico (M) independientemente de dicho motor, así como unos medios sensores (20, 23) de la temperatura del refrigerante, y unos medios de control (C), destinados a controlar el aporte de flujo de refrigerante que se suministra como salida desde dichos medios (22) de bomba de refrigerante, en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante, de tal manera que dicho sistema refrigerante está caracterizado por que dichos medios de control (C) están concebidos para variar la velocidad de dicho motor eléctrico (M) haciendo pulsante la magnitud de la tensión suministrada al mismo, de manera que se hace pulsante la magnitud de la tensión en el curso de al menos un periodo de funcionamiento del motor, durante un periodo "de activación" y un periodo "de desactivación", de tal forma que el porcentaje de la tensión "de activación" con respecto a la tensión "de desactivación" se incrementa en respuesta al incremento de la magnitud de la temperatura del refrigerante, conforme es detectada por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante, de modo que dichos medios de control (C) permiten diferenciar las magnitudes de tensión que se han de suministrar a dicho motor (M) en respuesta a lasdiferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante.

Description

Cárter de bomba de refrigerante de motor de vehículo.
La presente invención se refiere a mejoras en disposiciones de refrigeración para motores de vehículos y motores estacionarios.
Los motores de los vehículos actuales son refrigerados mediante el bombeo de un refrigerante líquido en torno al bloque del motor con el fin de extraer el calor del mismo y para disipar dicho calor extrayéndolo del refrigerante, al hacer pasar el mismo a través de un intercambiador de calor o radiador. Típicamente, se proporciona una bomba de refrigerante accionada mecánicamente, la cual puede estar unida al bloque del motor o formar parte del mismo, y ser accionada directamente desde el propio motor por medio de una correa y un accionamiento de polea. Es decir, cuando el motor no está en funcionamiento, la bomba también se encuentra estática y no se produce ningún flujo de refrigerante salvo el provocado por efectos de sifón térmico. Y a la inversa, cuando el motor se encuentra en funcionamiento, la velocidad de rotación de la bomba está en relación directa con la velocidad de rotación del motor. Como consecuencia de esto, el caudal volumétrico de flujo del refrigerante se encuentra también en relación directa con la velocidad de rotación del motor. Se cree que esta disposición convencional tiene un cierto número de desventajas, que incluyen, en la práctica, el hecho de que, mientras el motor está funcionando, pueden hacerse circular por la bomba grandes volúmenes de refrigerante incluso aunque los requisitos de refrigeración del motor pueden no exigir los mismos o se puede producir cavitación a altas velocidades, que restringe el flujo de refrigerante. Esto también provoca una merma de energía en el motor y, por tanto, una falta de rendimiento del motor. También, cuando el vehículo está parado y funcionando en vacío, la velocidad del motor es baja, lo que proporciona un caudal de flujo de refrigerante bajo, aunque en ocasiones se requiere un elevado caudal de flujo. De forma similar, cada vez que se cambia de marcha (ya sea manualmente, ya sea por medio de una transmisión automática), existe por un instante un problema de inercia para la bomba, que ha de variar el caudal de flujo del líquido inmediatamente para ajustarlo a la velocidad de motor, modificada. Finalmente, con el diseño de los motores modernos para vehículos, existe un problema práctico consistente en que muchos accesorios o partes móviles del motor son accionadas directamente por medio de una correa de accionamiento de serpentina y unas poleas asociadas, desde el cigüeñal de accionamiento del motor, y la bomba del líquido refrigerante es uno de estos elementos. Si la bomba del refrigerante no tuviera que ser accionada de esta manera, esto simplificaría entonces en cierta medida el diseño del accionamiento para las otras partes o dispositivos. Además, cuando se desconecta o apaga un motor caliente, el refrigerante continúa absorbiendo calor del bloque del motor, calor que es lento de disipar y que permite unas temperaturas de carga muy elevadas, que algunas veces causan daños o un desgaste innecesario. La Solicitud de Patente alemana Nº DE 195 06 935 describe una válvula situada en el sistema de flujo de refrigerante que va desde la cabeza del cilindro hasta el radiador, bien para dirigir el flujo de refrigerante hacia el radiador, o bien para hacer recircular el mismo a través del motor al dirigir el flujo de refrigerante de manera que pase por la bomba, hasta el alojamiento de la caja del cigüeñal del motor. La bomba de flujo de refrigerante puede ser activada o desactivada.
Es, por tanto, el propósito de la presente invención proporcionar tanto un sistema refrigerante nuevo para el motor de un vehículo como una disposición para el equipamiento después de fábrica de un motor de combustión interna, que superen o minimicen algunas o la totalidad de las dificultades anteriormente mencionadas, asociadas con las disposiciones de accionamiento mecánico actuales.
De acuerdo con ello, la presente invención proporciona un sistema refrigerante para un motor de combustión interna, de tal modo que dicho sistema refrigerante incluye un circuito de flujo de refrigerante destinado a un refrigerante, el cual, en parte, incluye medios de paso para el refrigerante a través de un bloque de motor, perteneciente al motor, y a través de un intercambiador de calor, de tal manera que dicho sistema refrigerante incluye adicionalmente unos medios de bomba de refrigerante concebidos para provocar, cuando se ponen en funcionamiento, un flujo de refrigerante en torno a dicho circuito de flujo de refrigerante, siendo dichos medios de bomba de refrigerante accionados por un motor eléctrico independientemente de dicho motor, así como unos medios sensores de la temperatura del refrigerante, y unos medios de control, destinados a controlar el aporte de flujo de refrigerante que se suministra como salida desde dichos medios de bomba de refrigerante, en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante, de tal manera que dicho sistema refrigerante está caracterizado porque dichos medios de control están concebidos para variar la velocidad de dicho motor eléctrico haciendo oscilante o pulsante la magnitud de la tensión suministrada al mismo, de manera que se hace pulsante la magnitud de la tensión en el curso de al menos un periodo de funcionamiento del motor, durante un periodo "de activación" y un periodo "de desactivación", de tal forma que el porcentaje de la tensión "de activación" con respecto a la tensión "de desactivación" se incrementa en respuesta al incremento de la magnitud de la temperatura del refrigerante, conforme es detectada por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante, de modo que dichos medios de control permiten diferenciar las magnitudes de tensión que se han de suministrar a dicho motor en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante.
De esta forma, la velocidad del motor eléctrico se modifica en respuesta a dichas diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante y, como resultado de ello, el caudal de flujo del refrigerante se varía similarmente.
En una realización preferida, la magnitud de la tensión se hace pulsante durante un periodo de activación y un periodo de desactivación, de tal modo que el porcentaje de tensión de activación o la proporción entre los periodos de tensión de activación con respecto a los de tensión de desactivación, se incrementa en respuesta al aumento de la magnitud de la temperatura detectada. De forma similar, el porcentaje de tensión de activación o la proporción entre los periodos de tensión de activación con respecto a los de tensión de desactivación, puede disminuir como respuesta a la reducción de la magnitud de la temperatura detectada. Alternativamente, puede utilizarse un microprocesador para variar infinitamente la tensión, o la intensidad de la tensión pulsante, en respuesta a las magnitudes de temperatura detectadas. En otra realización preferida, la magnitud de tensión se escalona sencillamente desde una magnitud mínima factible hasta una magnitud máxima en respuesta al incremento en las magnitudes de temperatura del refrigerante detectadas. En aún otra realización adicional, es posible utilizar una combinación de la pulsación anteriormente mencionada de la tensión y el incremento escalonado de las magnitudes de tensión. Por supuesto, las magnitudes de tensión o el grado/porcentaje relativo de la tensión en pulsación entre la activación y la desactivación, se reducirá como respuesta a disminuciones en las magnitudes de temperatura del refrigerante detectadas.
De acuerdo con un aspecto adicional de esta invención, se proporciona una disposición para el equipamiento después de fábrica de un motor de combustión interna, que incluye unos medios de bomba de refrigerante, un motor eléctrico destinado a accionar dichos medios de bomba de refrigerante, unos medios de control, unos medios sensores de temperatura del refrigerante, y unos medios de acoplamiento o conexión, destinados a conectar los medios de bomba de refrigerante y los medios sensores de temperatura del refrigerante en el seno de un circuito de flujo de refrigerante, perteneciente a un motor, de tal modo que dicha disposición está caracterizada porque los medios de control están dispuestos de manera que varían la velocidad de dicho motor eléctrico haciendo oscilante o pulsante la magnitud de tensión suministrada al mismo, de tal modo que la magnitud de tensión suministrada al motor eléctrico se hace pulsante en el curso de al menos un periodo de funcionamiento del motor, durante un periodo "de activación" y un periodo "de desactivación", de tal forma que el porcentaje de la tensión "de activación" con respecto a la tensión "de desactivación" se incrementa en respuesta al incremento de la magnitud de la temperatura del refrigerante, conforme es detectada por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante, de modo que dichos medios de control permiten diferenciar las magnitudes de tensión que se han de suministrar a dicho motor en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores de temperatura del refrigerante.
Pueden apreciarse características y aspectos preferidos adicionales de la presente invención en las reivindicaciones de patente que se acompañan, las cuales se incorporan por la presente como parte de la descripción de la esta memoria.
Diversos aspectos de la presente invención se comprenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas que se proporciona en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la Figura 1 ilustra esquemáticamente una configuración de refrigeración típica de un motor de vehículo de la técnica anterior;
la Figura 2 ilustra esquemáticamente una primera realización preferida de acuerdo con esta invención; y
la Figura 3 ilustra esquemáticamente una segunda realización preferida de acuerdo con esta invención.
Haciendo referencia a la Figura 1 de los dibujos que se acompañan, la disposición convencional comprende un bloque 10 del motor de un vehículo y un radiador o intercambiador de calor 12 con su ventilador asociado 13. Se muestra un circuito 14 de flujo de refrigerante que tiene una primera parte 15, situada dentro del bloque 10 del motor, una segunda parte 16, situada en el interior del radiador 12, y unas conexiones de manguera superior e inferior, 17 y 18. Se ha dispuesto una bomba 19 impulsora del refrigerante, la cual se acciona mecánicamente por medio de una correa y un accionamiento de polea (no mostrados), desde el cigüeñal de accionamiento del motor. Una válvula 20 controlada por termostato dirige el refrigerante bien hacia el radiador a través de la manguera 17, ó bien hacia la bomba 19 a través de un paso 21, dependiendo de la temperatura del bloque del motor. Es decir, cuando el motor está frío, el refrigerante se hace circular a través del paso 21 y de la parte del bloque del motor del circuito 15 de flujo de refrigerante, hasta que la temperatura del motor alcanza una magnitud predeterminada, y, tras ello, se establece el flujo de refrigerante a través del radiador 12. En esta disposición no existe flujo de refrigerante mientras el motor no está funcionando, y, mientras el motor está funcionando, los volúmenes de flujo del refrigerante se encuentran en relación con la velocidad de rotación del motor.
La Figura 2 ilustra una modificación en el sistema convencional que se muestra en la Figura 1, de acuerdo con la presente invención. En esta disposición, se propone el equipamiento después de fábrica de una disposición ya existente con un dispositivo de flujo de refrigerante de acuerdo con la presente invención, si bien cabe la posibilidad de tener una disposición similar como equipamiento original. En este sistema, un dispositivo de bomba 22, accionado convenientemente por un motor eléctrico independiente M, está instalado en la manguera inferior 18 del radiador. Será, por puesto, evidente que el dispositivo 22 puede también estar instalado en la manguera superior 17, si bien con la disposición que se ilustra es probable que se evite la cavitación en la bomba. Con esta disposición instalada después de fábrica, el impulsor de la bomba ya existente 19 sencillamente se retira y su árbol queda entonces susceptible de rotar libremente y no actúa como bomba, por lo que, además, se minimiza cualquier arrastre. La bomba 22 puede estar dispuesta de manera que sea controlada dependiendo de los requisitos térmicos, por ejemplo, en respuesta a un sensor de temperatura que detecta las temperaturas en el bloque del motor. En el arranque del motor, puede permitirse al refrigerante circular a través del circuito 14, incluyendo el radiador, al proporcionar un pequeño orificio (paso de flujo limitado) en la válvula 20 controlada por termostato, con un caudal muy pequeño, hasta que la propia válvula se abra al calentarse el motor hasta la magnitud de temperatura requerida, o bien, alternativamente, suprimirse el termostato.
La Figura 3 ilustra aún otra disposición adicional posible que puede ser instalada después de fábrica en un sistema ya existente, o puede constituirse como equipamiento original. El dispositivo de bomba 22, accionado por unos medios de accionamiento independientes, tales como un motor eléctrico M, puede estar, como se ilustra, situado en la manguera inferior 18. Alternativamente, puede estar situado en la manguera superior 17, en el radiador 12, en la entrada/salida del radiador 12, ó bien formando parte del bloque 10 del motor. En una disposición posible, el motor eléctrico independiente puede ser conectado o acoplado al dispositivo de bomba 19 ya existente en el bloque del motor, en el caso de que el dispositivo de bomba 19 esté concebido para proporcionar caudales de flujo de refrigerante adecuados.
El motor eléctrico M es susceptible de accionarse a velocidades variables en respuesta a las magnitudes de tensión aplicadas al motor M. Así, cuando el sensor 23 de temperatura detecta, en este caso, temperaturas del refrigerante menores que un mínimo predeterminado, el motor M no se hace funcionar. Cuando se detecta la temperatura mínima predeterminada, un dispositivo controlador C activa el motor M en una magnitud de tensión mínima que es suficiente como para hacer funcionar el motor M para el accionamiento de la bomba 22. La magnitud de temperatura mínima puede ser, por ejemplo, aproximadamente 80ºC y, en una realización preferida, la magnitud de tensión mínima puede ser de entre 1,4 y 2,1 voltios. Para magnitudes incrementadas de temperatura, el dispositivo controlador C incrementa progresivamente la magnitud de tensión aplicada al motor M, en respuesta a los incrementos en la temperatura detectada, incrementos que están asociados con el refrigerante a través del sensor 23 de temperatura del refrigerante.
Los incrementos en las magnitudes de tensión aplicadas al motor M aumentarán la velocidad del motor y, en consecuencia, la de la bomba 22, con lo que se incrementarán los caudales de flujo del refrigerante.
Y a la inversa, en el caso de que la temperatura del refrigerante detectada caiga progresivamente, la magnitud de tensión que se aplica al motor M, determinada por el controlador C, caerá entonces también. Los aumentos y disminuciones anteriormente mencionados pueden, convenientemente, tener lugar de una manera escalonada. En una realización preferida, hasta una temperatura mínima del refrigerante (de aproximadamente 80ºC), la bomba 22 no marcha en absoluto. En otra realización, la bomba puede marchar de forma continua y, hasta una temperatura predeterminada del refrigerante (a saber, de aproximadamente 80ºC), la bomba 22 puede marchar a una velocidad mínima, aumentado desde ésta con la detección de temperaturas del refrigerante aumentadas. Entre la temperatura mínima del refrigerante anteriormente mencionada y una temperatura intermedia, a saber, de aproximadamente 90ºC, el motor M se hace efectuar pulsaciones u oscilaciones a la tensión mínima (por ejemplo, 2,10 voltios) durante un cierto periodo de activación y un cierto periodo de desactivación (por ejemplo, 2 segundos de activación y 5 segundos de desactivación). Desde la temperatura intermedia detectada hasta una temperatura máxima (de aproximadamente 100ºC), el controlador C lleva a efecto de forma constante el suministro de tensión al motor M, que se incrementa en escalones de tensión preestablecidos en respuesta a las magnitudes de temperatura detectadas desde la magnitud de tensión mínima (por ejemplo, 2,1 voltios) hasta la magnitud de tensión máxima (12 voltios), cuando la temperatura detectada es 100ºC o superior.
Con una disposición como la ilustrada y descrita aquí, es posible hacer que la bomba marche durante un corto periodo después de que el propio motor detenga su funcionamiento, lo que puede resultar beneficioso en algunas aplicaciones. Con tales disposiciones, es también posible hacer que la bomba de refrigerante sea controlada por una computadora de gestión del vehículo, que puede o no controlar la válvula de refrigerante controlada por termostato y el ventilador eléctrico para el radiador. Por ejemplo, a una magnitud de temperatura preestablecida (por ejemplo, de aproximadamente 98ºC), el ventilador eléctrico 13 puede ser activado para reforzar la capacidad de refrigeración del sistema.

Claims (13)

1. Un sistema refrigerante para un motor de combustión interna, de tal modo que dicho sistema refrigerante incluye un circuito (14) de flujo de refrigerante, destinado a un refrigerante, el cual, en parte, incluye medios de paso (15) para el refrigerante a través de un bloque (10) de motor, perteneciente al motor, y a través de un intercambiador de calor (12), de tal manera que dicho sistema refrigerante incluye adicionalmente unos medios (22) de bomba de refrigerante, concebidos para provocar, cuando se ponen en funcionamiento, un flujo de refrigerante en torno a dicho circuito (14) de flujo de refrigerante, siendo dichos medios (22) de bomba de refrigerante accionados por un motor eléctrico (M) independientemente de dicho motor, así como unos medios sensores (20, 23) de la temperatura del refrigerante, y unos medios de control (C), destinados a controlar el aporte de flujo de refrigerante que se suministra como salida desde dichos medios (22) de bomba de refrigerante, en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante, de tal manera que dicho sistema refrigerante está caracterizado porque dichos medios de control (C) están concebidos para variar la velocidad de dicho motor eléctrico (M) haciendo pulsante la magnitud de la tensión suministrada al mismo, de manera que se hace pulsante la magnitud de la tensión en el curso de al menos un periodo de funcionamiento del motor, durante un periodo "de activación" y un periodo "de desactivación", de tal forma que el porcentaje de la tensión "de activación" con respecto a la tensión "de desactivación" se incrementa en respuesta al incremento de la magnitud de la temperatura del refrigerante, conforme es detectada por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante, de modo que dichos medios de control (C) permiten diferenciar las magnitudes de tensión que se han de suministrar a dicho motor (M) en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante.
2. Un sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el motor eléctrico (M) es un motor de doble velocidad.
3. Un sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el motor eléctrico es un motor de velocidad variable.
4. Un sistema refrigerante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de bomba (22) están situados en una manguera inferior (18) de intercambiador de calor, que conduce desde el intercambiador de calor (12) hasta el bloque (10) del motor.
5. Un sistema refrigerante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios de bomba (22) se encuentran situados en una manguera superior (17) de intercambiador de calor, que conduce desde el bloque (10) del motor hasta el intercambiador de calor (12).
6. Un sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud de tensión suministrada al motor eléctrico (M) está escalonada entre dos magnitudes que son una magnitud de tensión mínima factible y una magnitud de tensión máxima, en respuesta al hecho de que la magnitud de temperatura del refrigerante detectada se incremente más allá de una primera magnitud predeterminada, según se detecta por los medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante.
7. Un sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la magnitud de tensión suministrada al motor eléctrico (M) está escalonada desde dicha magnitud de tensión máxima hasta dicha magnitud de tensión mínima factible, en respuesta al hecho de que la magnitud de temperatura del refrigerante detectada se reduzca más allá de una segunda magnitud predeterminada, según se detecta por los medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante.
8. Un sistema refrigerante de acuerdo con la reivindicación 6 ó la reivindicación 7, caracterizado por que la magnitud de tensión suministrada al motor eléctrico (M) incluye al menos una magnitud de tensión intermedia entre dicha magnitud de tensión mínima factible y dicha magnitud de tensión máxima.
9. Un sistema refrigerante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque, en cualquiera de dichas magnitudes de tensión, la magnitud de tensión se hace oscilante o pulsante en "activación" o "desactivación", de tal modo que la relación entre "activación" y "desactivación" se incrementa en respuesta al hecho de que la magnitud de temperatura del refrigerante detectada se incremente, conforme es detectada por dichos medios sensores (20, 23) de temperatura.
10. Un sistema refrigerante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los medios sensores (20, 23) de temperatura del refrigerante están concebidos para detectar la temperatura del refrigerante, bien conforme éste abandona el bloque (10) del motor o bien entre el bloque (10) del motor y el intercambiador de calor (12).
11. Un sistema refrigerante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el periodo "de activación" es de al menos dos segundos.
12. Una disposición para el equipamiento después de fábrica de un motor de combustión interna, que incluye unos medios (22) de bomba de refrigerante, un motor eléctrico (M), destinado a accionar dichos medios (22) de bomba de refrigerante, unos medios de control (C), unos medios sensores (23) de temperatura del refrigerante, y unos medios de acoplamiento o conexión, destinados a conectar los medios (22) de bomba de refrigerante y los medios sensores (23) de temperatura del refrigerante en el seno de un circuito (14) de flujo de refrigerante, perteneciente al motor, de tal modo que dicha disposición está caracterizada porque los medios de control (C) están dispuestos de manera que varían la velocidad de dicho motor eléctrico (M) haciendo pulsante la magnitud de tensión suministrada al mismo, de tal modo que la magnitud de tensión suministrada al motor eléctrico (M) se hace pulsante en el curso de al menos un periodo de funcionamiento del motor, durante un periodo "de activación" y un periodo "de desactivación", de tal forma que el porcentaje de la tensión "de activación" con respecto a la tensión "de desactivación" se incrementa en respuesta al incremento de la magnitud de la temperatura del refrigerante, conforme es detectada por dichos medios sensores (23) de temperatura del refrigerante, de modo que dichos medios de control (C) permiten diferenciar las magnitudes de tensión que se han de suministrar a dicho motor eléctrico (M) en respuesta a las diferentes magnitudes de temperatura del refrigerante que son detectadas por dichos medios sensores (23) de temperatura del refrigerante.
13. Una disposición de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el periodo "de activación" es al menos de dos segundos.
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