ES2544516B1 - Dispositivo para acondicionar la atmósfera en ensayos de motores de combustión interna alternativos, procedimiento y uso de dicho dispositivo - Google Patents
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Abstract
La invención describe un dispositivo para acondicionar la atmósfera en ensayo de motores, que comprende un conducto de entrada conectado a una admisión de motor, un conducto de salida conectado al escape del motor, un conducto de comunicación que conecta el conducto de entrada al de salida, una válvula de baipás en el conducto de entrada, un turbogrupo de sobrealimentación en el conducto de entrada, un intercambiador de calor en el conducto de salida, y un turbocompresor tras el intercambiador de calor. Además, comprende una primera válvula de tres vías que conecta el conducto de entrada al de salida, una válvula todo o nada en el conducto de salida, una segunda válvula de tres vías en el conducto de salida, una válvula de regulación en un conducto que conecta el conducto de salida con la atmósfera, y un tramo del conducto de salida que conecta el intercambiador al conducto de comunicación.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo para acondicionar la atmósfera en ensayos de motores de combustión interna alternativos, procedimiento y uso de dicho dispositivo.
Campo de la invención
La presente invención se refiere de manera general al campo de los ensayos de 5 motores de combustión, y más concretamente a un dispositivo para acondicionar la atmósfera durante ensayos de motores de combustión.
Antecedentes de la invención
El ensayo y la caracterización de motores de combustión interna alternativos en bancos de ensayo requieren, en multitud de circunstancias, el control preciso de la presión y/o de la 10 temperatura, tanto en admisión como en el escape. Este es el caso, por ejemplo, de campañas de ensayos destinadas a la calibración del control del motor con la altitud, estudios de arranque en frío, repetitividad de condiciones de referencia en campañas de ensayos que se extienden en el tiempo, etc.
En muchos casos el problema planteado es el de obtener control sobre la presión para 15 que ésta sea inferior a la atmosférica, es decir, para simular una situación de altitud superior. Este caso se da, por ejemplo, cuando se desea estudiar el funcionamiento del motor en una cota de altitud superior a la del laboratorio en el que se realiza el ensayo, o en el caso del estudio de motores y equipos de aviación. Sin embargo, en otros casos también es deseable reproducir condiciones de altitud inferior aumentando la presión atmosférica, por ejemplo 20 cuando se desean reproducir las condiciones a nivel del mar en una sala de ensayo que se encuentra geográficamente a altitud elevada, o cuando se desea estudiar el comportamiento del motor en el interior de una mina por debajo del nivel del mar.
En la técnica ya se conocen algunos procedimientos para realizar este tipo de simulación de condiciones atmosféricas. 25
Por ejemplo, el documento ES2398095 A1, de los mismos solicitantes que el presente, da a conocer una instalación para simular las condiciones de presión y temperatura del aire aspirado por un motor de combustión interna alternativo operando en altura. Dicha instalación comprende, entre otras cosas, una turbina radial centrípeta para expandir un flujo de aire hasta la presión y temperatura del aire aspirado por el motor de combustión interna alternativo. Sin 30 embargo, la instalación dada a conocer en el documento ES2398095 A1 está dedicada principalmente al estudio de altitudes superiores para su aplicación en la aviación, pero no al estudio del funcionamiento de los motores en condiciones de altitud inferiores, como puede ser el caso de minas que se encuentran por debajo del nivel del mar.
El documento WO2008036993 A2 divulga un procedimiento y dispositivo para 35 suministrar gas de combustión acondicionado a un motor de combustión interna. Los gases de escape pueden mezclarse con el aire que va a introducirse en la aspiración del motor. Los gases de escape del motor de combustión interna se descargan a través de un tubo de escape mediante un sistema de aspiración para el gas de escape del motor de combustión, preferiblemente un sistema que incluye un filtro, un conducto de dilución y un ventilador. 40
El documento ES2485618, también de los mismos solicitantes que el presente, y que se considera el estado de la técnica más próximo a la presente invención, da a conocer una instalación para simular las condiciones de presión y temperatura del aire aspirado por un motor de combustión interna alternativo operando tanto a cotas superiores como inferiores a las de la cota a la que se encuentra la instalación. Sin embargo, la instalación del documento 45 ES2485618 resulta relativamente compleja lo que aumenta su dificultad de fabricación, y por tanto su coste. Además, esta complejidad ocasiona pérdidas de presión por lo que no permite
simular pequeñas diferencias de altitud entre la altitud a la que encuentra la instalación y la que se quiere simular en el motor de combustión interna alternativo.
Por tanto, aunque se conocen algunos procedimientos y dispositivos para proporcionar una simulación de las condiciones atmosféricas a diferentes altitudes para los ensayos de motores de combustión interna, sigue existiendo la necesidad en la técnica de procedimientos y 5 dispositivos alternativos que proporcionen ventajas con respecto a la técnica anterior. Por ejemplo, sería deseable disponer de un dispositivo que permita simular con precisión pequeñas diferencias de altitud entre la ubicación de la instalación en la que se realiza el ensayo y la altitud que se desea simular en el motor de combustión.
Sumario de la invención 10
En un primer aspecto, la presente invención da a conocer un dispositivo para acondicionar la atmósfera para el ensayo de motores de combustión que soluciona los inconvenientes de la técnica anterior mencionados. Para ello, el dispositivo de la presente invención comprende:
- un conducto de entrada dispuesto para conectarse en un primer extremo a una 15 admisión de un motor de combustión que va a someterse a ensayo y que aspira aire de la atmósfera exterior por un segundo extremo;
- un conducto de salida dispuesto para conectarse en un primer extremo al escape del motor de combustión y que expulsa por un segundo extremo los gases de escape a la atmósfera; 20
- un primer conducto de comunicación que comunica el conducto de entrada con el conducto de salida cerca de sus primeros extremos respectivos, de modo que la admisión del dispositivo está en comunicación con el escape del mismo;
- una válvula de baipás dispuesta en el conducto de entrada;
- un turbogrupo de sobrealimentación que deriva el caudal de aire en el conducto de 25 entrada que circula hacia la válvula de baipás, comprendiendo el turbogrupo una turbina acoplada a un sistema de disipación de la energía generada en la expansión, pudiendo regularse la válvula de baipás y la turbina para obtener un valor de presión y caudal de aire deseados en el conducto de entrada;
- un intercambiador de calor en el conducto de salida para enfriar los gases de escape 30 hasta una temperatura segura; y
- un turbocompresor en el conducto de salida aguas abajo del intercambiador de calor, alimentado por medios de alimentación de turbocompresor, para regular junto con la turbina y la válvula de baipás la presión del aire de admisión y el caudal de aire de admisión. 35
De manera característica, el dispositivo de la presente invención también comprende:
- una primera válvula de tres vías que conecta el conducto de entrada, aguas arriba de la válvula de baipás con el conducto de salida aguas arriba del turbocompresor a través de un segundo conducto de comunicación;
- una válvula todo o nada en el conducto entre el intercambiador de calor y el punto de 40 conexión del conducto de salida con el segundo conducto de comunicación;
- una segunda válvula de tres vías que conecta el conducto de salida aguas abajo del turbocompresor y el conducto de salida, entre el intercambiador de calor y la válvula todo o nada;
- una válvula de regulación en un conducto que conecta el conducto de salida con la atmósfera; y
- un tramo del conducto de salida que conecta el intercambiador de calor con el primer conducto de comunicación entre la conexión del conducto de entrada y la conexión del conducto. 5
Así, la configuración del conjunto de válvulas de tres vías, de válvulas de baipás y de la válvula todo o nada permite el uso del dispositivo en modo de aumento o reducción de la presión del aire de entrada con respecto al aire atmosférico, así como cambiar fácilmente del modo de aumento al modo de reducción de la presión del aire de entrada. Además, dicha configuración novedosa de válvulas en el dispositivo de la presente invención permite realizar 10 variaciones de temperatura que simulan pequeñas variaciones de altura, por ejemplo a partir de +/-200 m, +/-100 m, +/-50 m o incluso menos con respecto a la altura a la que se encuentra el dispositivo.
En un segundo aspecto, la presente invención también da a conocer un procedimiento para acondicionar la atmósfera para el ensayo de motores de combustión mediante un 15 dispositivo según el primer aspecto de la presente invención, que comprende las etapas de:
- someter aire de entrada atmosférico a una etapa de variación de la presión;
- desviar aire de entrada hacia la salida para poner en comunicación directa los gases de escape con el aire de entrada;
- introducir aire de entrada sometido a variaciones de presión en la admisión de un motor 20 que va a someterse a ensayo;
- reducir la temperatura de los gases de escape hasta una temperatura segura para su paso por un turbocompresor; y
- expulsar gases de escape del motor que se somete a ensayo a la atmósfera.
De este modo, el procedimiento de la invención usando el dispositivo según el primer 25 aspecto de la presente invención permite realizar variaciones de presión que simulan no sólo grandes sino también pequeñas variaciones de altura.
En el procedimiento de la invención, la etapa de variación de la presión del aire de entrada se realiza mediante la acción combinada de un turbocompresor, una turbina y una válvula de baipás que regula la cantidad de aire de entrada. 30
Por último, según un tercer aspecto de la presente invención, también se da a conocer el uso de un dispositivo según el primer aspecto de la presente invención para acondicionar la presión de la atmósfera en un ensayo de motores de combustión mediante variaciones de presión que simulan variaciones de altura muy reducidas, por ejemplo a partir de +/-200 m, +/-100 m, +/-50 m o incluso menos con respecto a la altura a la que se encuentra el dispositivo. 35
Breve descripción de las figuras
La presente invención se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.
La figura 1 muestra un esquema del dispositivo según la primera realización de la 40 presente invención, según un primer modo de funcionamiento.
La figura 2 muestra un esquema del dispositivo según la primera realización de la presente invención, según un segundo modo de funcionamiento.
La figura 3 muestra un esquema de una realización alternativa para disipar la energía generada en la expansión de la turbina del dispositivo de la presente invención.
La figura 4 muestra un esquema de una realización alternativa del turbocompresor del dispositivo de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas 5
A continuación va a describirse un dispositivo según una realización preferida de la presente invención según dos modos de funcionamiento diferentes, haciendo referencia respectivamente a las figuras 1 y 2. En la figura 1 se usa el dispositivo para simular un efecto de mayor altitud con respecto a la cota geográfica en la que se está sometiendo el motor de combustión a ensayo, es decir, a una presión inferior. Este es el caso por ejemplo del 10 funcionamiento del motor en zonas de alta montaña.
En la figura 2 se usa el dispositivo para simular un efecto de menor altitud con respecto a la cota geográfica en la que se está sometiendo el motor de combustión a ensayo, es decir, a una presión superior. Este es el caso por ejemplo de un funcionamiento del motor a nivel del mar (cuando la sala de ensayo se encuentra instalada a cotas superiores) o incluso a nivel 15 inferior al nivel del mar, por ejemplo en el interior de minas.
La figura 1 muestra una primera realización preferida de la invención que permite el cambio de vacío a sobrepresión sin tener que cambiar la posición del motor ni la de un filtro de aire (2).
Tal como se observa en la figura 1, el dispositivo comprende un conducto de entrada (1) 20 dispuesto para conectarse en un primer extremo (1a) a una admisión de un motor de combustión (no mostrado) que va a someterse a ensayo. En un segundo extremo (1c) el conducto de entrada (1) presenta un filtro (2) por el que se aspira aire de la atmósfera exterior. El filtro (2) permite evitar la entrada de impurezas en el dispositivo.
El dispositivo también comprende un conducto de salida (3) dispuesto para conectarse 25 en un primer extremo (3a) al escape del motor de combustión y que expulsa por un segundo extremo (3f) los gases de escape a la atmósfera. El conducto de entrada (1) y el conducto de salida (3) están comunicados mediante un primer conducto de comunicación (4), dividido en dos tramos (4a) y (4b), situado cerca de los primeros extremos (1a, 3a) del conducto de entrada y de salida, respectivamente. De este modo, la admisión del dispositivo está en 30 comunicación con el escape del mismo.
Tal como se usa a lo largo de la presente descripción, los números de referencia 1, 3 y 4 se refieren al conducto de entrada, al conducto de salida y al primer conducto de comunicación, respectivamente, en su totalidad. Cuando cada uno de estos números de referencia va seguido por una letra (1a, 1b, 1c…; 3a, 3b, 3c…) se hace referencia a un tramo 35 del conducto correspondiente. Esta notación se emplea únicamente por motivos de claridad, y el experto en la técnica entenderá que no se trata necesariamente de conductos diferentes sino de tramos de un mismo conducto.
Así, en la figura 1, que es el caso en el que el dispositivo se encuentra generando vacío, por el primer conducto de comunicación (4a) circula aire de entrada desde el conducto de 40 entrada (1) hacia el conducto de salida (3), tanto aire como la diferencia entre el aire que aspira el equipo a través del filtro (2) y el que requiera el motor. Por lo tanto, en el conducto de salida (3b) se dispone de una mezcla de aire y gas de escape. Para ello, una válvula con regulación (23) (descrita con más detalle a continuación en el presente documento) se encuentra completamente cerrada. 45
El dispositivo también comprende una válvula de baipás (6) situada en el conducto de entrada (1).
El dispositivo comprende además un turbogrupo de sobrealimentación dispuesto en el conducto de entrada (1), que deriva el caudal de aire en el conducto de entrada (1) que circula hacia la válvula de baipás (6). El turbogrupo comprende a su vez una turbina (8) acoplada a un sistema de disipación de la energía generada en la expansión. La turbina (8) es preferiblemente una turbina de geometría variable (TGV) y más preferiblemente del tipo radial 5 centrípeta.
Según la realización preferida de la presente invención, mostrada en las figuras 1 y 2, el sistema de disipación de la energía generada en la expansión de la turbina está compuesto por un compresor radial centrífugo (9). El compresor (9) está conectado a un filtro (10) a través del cual aspira aire de la atmósfera y a al menos una válvula de contrapresión (11) y un silenciador 10 (12) a través de los cuales el compresor (9) descarga a la atmósfera el aire aspirado.
Además, aguas arriba de la turbina (8) se encuentra una primera válvula de tres vías (5) posicionada para esta configuración de tal forma que permite el paso del aire desde el conducto de entrada (1c) hacia la turbina (8) e impide su paso hacia un segundo conducto de comunicación (21), descrito con más detalle a continuación en el presente documento. 15
La válvula de baipás (6) y la turbina (8) pueden regularse para obtener un valor de caudal másico y de presión deseado en el conducto de entrada (1b). Por lo tanto, el caudal de aire de entrada en el conducto de entrada (1b), situado aguas abajo de la primera válvula de tres vías (5) y de la válvula de baipás (6), es una mezcla de aire que se expande en la turbina (8) y de aire que se deriva a través de la válvula de baipás (6). 20
Por último, aguas debajo de la turbina (8) se dispone un separador de condensados (13), antes de que el aire aspirado pase de nuevo al conducto de entrada (1b).
A continuación se describe el conducto de salida (3) en el modo de funcionamiento generando vacío mostrado en la figura 1. En este caso, la válvula de regulación (23) se encuentra cerrada y una válvula todo o nada (15) se encuentra abierta. Por lo tanto, los gases 25 de escape procedentes del conducto de salida (3a), diluidos con aire de entrada procedente del primer conducto de comunicación (4a), se enfrían en un intercambiador de calor (14) hasta una temperatura segura para su introducción en un turbocompresor (17).
El intercambiador de calor (14) puede usar como fluido refrigerante cualquier fluido adecuado, tal como agua de red a temperatura ambiente. 30
Posteriormente al intercambiador de calor (14), y antes del turbocompresor (17), se hacen pasar los gases de escape a través de un separador de condensados (16).
El turbocompresor (17) está alimentado por medios de alimentación de turbocompresor, constituidos en este caso por al menos un motor eléctrico (18). El turbocompresor (17) succiona desde el conducto de salida (3d) la mezcla enfriada de aire y gases de escape para 35 extraerla del dispositivo. El motor eléctrico (18) regula el régimen de giro del turbocompresor (17) hasta que se alcanza un determinado valor deseado de caudal másico y de presión en el aire admitido, regulando estas condiciones junto con la turbina (8) y la válvula de baipás (6).
La mezcla de aire y gases de escape succionada por el turbocompresor (17) pasa por el conducto de salida (3e), donde una segunda válvula de tres vías (19) impide su paso hacia un 40 conducto (22) y sí lo permite hacia el conducto de salida (3f), para descargarse en última instancia a la atmósfera a través de un silenciador (20).
Haciendo ahora referencia a la figura 2, se describe el funcionamiento de un dispositivo según la misma realización mostrada en la figura 1, pero en un modo de generación de sobrepresión. Es decir, en el modo de funcionamiento de la figura 2 el dispositivo está 45 simulando condiciones atmosféricas a una cota de altitud inferior a la de la sala en la que se está realizando el ensayo, es decir, a una presión superior.
Los elementos en la figura 2 son los mismos que los mostrados en la figura 1 y llevan los mismos números de referencia, por lo que no se describirán con más detalle. La única diferencia entre la figura 1 y la 2 es la posición de la apertura de la válvulas y por tanto el camino seguido por el aire en su paso a través de la instalación.
Así, en la realización de la figura 2, para funcionar a una presión superior a la 5 atmosférica, es decir, en el caso de un funcionamiento del dispositivo generando sobrepresión, el aire se aspira a través del filtro de aire (2). En este caso, la primera válvula de tres vías (5) se encuentra cerrada en el sentido de entrada a la turbina (8) y abierta para desviar el flujo hacia un segundo conducto de comunicación (21), que conecta el conducto de entrada (1c), aguas arriba de la válvula de baipás (6), con el conducto de salida (3d) aguas arriba del 10 turbocompresor (17). La válvula de baipás (6) se encuentra cerrada, impidiendo el paso de aire hacia el conducto (1b).
Además, la válvula (15), que se encuentra en el conducto (3c) entre el intercambiador de calor (14) y el punto de conexión del conducto de salida (3d) con el segundo conducto de comunicación (21), se encuentra cerrada, de manera que el flujo de aire aspirado tiene como 15 único camino libre su paso por el turbocompresor (17). La segunda válvula de tres vías (19), que conecta el conducto de salida (3e) aguas abajo del turbocompresor (17) y el conducto de salida (3c) entre el intercambiador de calor (14) y la válvula todo o nada (15), se encuentra cerrada en el sentido hacia el conducto (3f), de modo que el flujo de aire aspirado se desvía por el conducto (22) y se descarga en el conducto (3c). 20
Por lo tanto, el aire aspirado procedente del conducto (22) se descarga al intercambiador de calor (14) y no retrocede porque la válvula (15) está cerrada, tal como se mencionó anteriormente. El único camino libre que tiene el flujo es con sentido hacia el conducto de entrada (1a) acoplado a la admisión del motor.
Por otro lado, los gases de escape del motor se descargan en el conducto de salida (3a) 25 y se mezclan con el aire aspirado de dilución del conducto (4b). Por último, los gases salen a la atmósfera a través de la válvula de regulación (23), dispuesta en un conducto (24) que conecta el conducto de salida (3a) con la atmósfera, y que se encuentra al menos parcialmente abierta y a través de un silenciador (25).
Puede observarse que un tramo del conducto de salida (3b) conecta el intercambiador 30 de calor (14) con el primer conducto de comunicación (4) en un punto entre la conexión del conducto de entrada (1) y la conexión del conducto (24).
Por tanto, puede apreciarse que la configuración del conjunto de válvulas de tres vías (5, 19), de válvulas de baipás (6, 23) y de la válvula todo o nada (15) permite el uso del dispositivo en modo de aumento o reducción de la presión del aire de entrada con respecto al 35 aire atmosférico. El cambio de un modo de funcionamiento a otro se realiza de manera rápida y sencilla, actuando simplemente sobre esta serie de válvulas. Además, la disposición específica de conductos y válvulas, descrita con detalle anteriormente en el presente documento y mostrada en las figuras adjuntas, proporciona mejoras significativas con respecto a dispositivos similares conocidos en la técnica anterior. Por ejemplo, el diseño específico del dispositivo 40 dado a conocer en la presente invención resulta más simple que dispositivos similares de la técnica anterior, por lo que resulta más fácil y económico de fabricar así como de automatizar y de hacer funcionar por parte de los operarios.
Por otro lado, de manera muy ventajosa con respecto a la técnica anterior, la reducción de la complejidad de diseño del dispositivo de la presente invención con respecto a la técnica 45 anterior hace posible simular con precisión variaciones de altura muy pequeñas, por ejemplo a partir de +/-200 m, +/-100 m, +/-50 m o menos con respecto a la altura a la que se encuentra el dispositivo, lo cual no era posible con dispositivos similares de la técnica anterior, por ejemplo el dado a conocer en el documento ES 2485618.
En efecto, las pérdidas de presión que experimenta el aire en su recorrido a través del dispositivo se deben a los diferentes obstáculos mecánicos que encuentra (válvulas, longitud de tuberías, etc.). La reducida complejidad del dispositivo de la realización preferida de la presente invención permite disminuir estos obstáculos mecánicos, y por consiguiente permite que el dispositivo simule pequeñas variaciones de presión (lo cual se traduce en pequeñas 5 variaciones de altura). En concreto, la válvula de baipás (6) y el camino directo creado entre el filtro (2) y el extremo (1a) permiten el funcionamiento mejorado del dispositivo en modo de vacío. Por su parte, la válvula de regulación (23) y el camino directo creado entre el extremo (3a) y el silenciador (25) permiten el funcionamiento mejorado del dispositivo en modo de sobrepresión. 10
Por otro lado, el experto en la técnica entenderá que la acción combinada de la turbina (8) y de la válvula de baipás (6) permite enfriar el aire de entrada cuando el dispositivo funciona en vacío. Por otro lado, cuando el dispositivo funciona en sobrepresión, el régimen de giro del turbocompresor (17) y la posición de la válvula de regulación (23) permiten controlar (junto con el intercambiador de calor (14)) la temperatura del aire con respecto a la atmósfera. 15
Por tanto, los términos “acondicionamiento” y acondicionar tal como se usan en el presente documento se refieren a realizar variaciones de presión, variaciones de temperatura y una combinación de variaciones de presión y de temperatura.
Haciendo ahora referencia a la realización mostrada en la figura 3, se observa que la turbina (8) también puede acoplarse a un generador eléctrico (26) que absorbe la energía 20 obtenida en la expansión en la turbina (8).
Según otra realización preferida, mostrada en la figura 4, los medios de alimentación de turbocompresor están constituidos por una turbina (27). El conjunto turbina (27) y turbocompresor (17) acoplados en el mismo eje puede ser un turbogrupo de sobrealimentación. La turbina (27) se acciona mediante un caudal de gases generados para ello en un banco de 25 flujo. En esta realización de la presente invención, la turbina (27) regula el régimen de giro del turbocompresor (17) hasta que se alcanza un determinado valor deseado de caudal másico y de presión en el aire admitido, regulando estas condiciones junto con la turbina (8) y la válvula de baipás (6).
Tal como puede desprenderse de la descripción anterior, y tal como se mencionó 30 anteriormente en el presente documento, el dispositivo según la presente invención presenta una serie de ventajas con respecto a la técnica anterior, como es el cambio automático de vacío a sobrepresión y la posibilidad de simular altitudes cercanas a la cota geográfica a la que se encuentra la instalación descrita en la presente invención.
La presente invención da a conocer un procedimiento para acondicionar la atmósfera 35 para el ensayo de motores de combustión haciendo uso de un dispositivo según el primer aspecto de la presente invención, que comprende las etapas de:
- someter aire de entrada atmosférico a una etapa de variación de la presión;
- desviar aire de entrada hacia la salida para poner en comunicación directa los gases de escape con el aire de entrada; 40
- introducir aire de entrada sometido a variaciones de presión en la admisión de un motor que va a someterse a ensayo;
- reducir la temperatura de los gases de escape hasta una temperatura segura para su paso por un turbocompresor; y
- expulsar gases de escape del motor que se somete a ensayo a la atmósfera. 45
La etapa de variación de la presión del aire de entrada en el procedimiento de la
realización preferida de la presente invención se realiza mediante la acción combinada de un turbocompresor, una turbina y una válvula de baipás que regula la cantidad de aire de entrada.
Por tanto, el procedimiento de la presente invención permite realizar variaciones de presión que simulan pequeñas variaciones de altura, por ejemplo a partir de +/-200 m con respecto a la altura a la que se realiza el procedimiento o incluso menos, por ejemplo de +/-100 5 m, +/-50 m, etc.
Según la presente invención, la etapa de variación de la presión del aire de entrada puede comprender o bien reducir la presión del aire de entrada o bien aumentar la presión del aire de entrada.
Además, el procedimiento de la presente invención también puede comprender la etapa 10 de cambiar entre un modo de aumento de la presión del aire de entrada y un modo de reducción de la presión del aire de entrada. Dicho cambio de modo de variación de presión se realiza simplemente ajustando dos válvulas de tres vías, dos válvulas de regulación y una válvula de todo o nada.
Por otro lado, el procedimiento según la realización preferida de la presente invención 15 comprende además la etapa de someter el aire de entrada atmosférico a una etapa de variación de la temperatura. Usando el dispositivo de la presente invención tal como se describió anteriormente en el presente documento, esta etapa de variación de temperatura se realiza mediante el uso combinado de la turbina (8) y de la válvula de baipás (6) (modo de vacío) y mediante el uso combinado del turbocompresor (17), la válvula de regulación (23) y el 20 intercambiador de calor (14) (modo de sobrepresión).
Por último, la presente invención también se refiere al uso de un dispositivo según el primer aspecto de la presente invención, tal como se definió anteriormente con referencia a las figuras 1 a 4, para acondicionar la presión de la atmósfera en un ensayo de motores de combustión mediante variaciones de presión que simulan pequeñas variaciones de altura con 25 respecto a la altura a la que se encuentra el dispositivo.
A continuación se presentan datos comparativos del funcionamiento de un dispositivo según la realización preferida de la presente invención con respecto a los de un dispositivo de la técnica anterior (dispositivo del documento ES2485618).
En la siguiente tabla se muestran los caudales máximos de aire que pueden alcanzarse 30 para diferentes variaciones de altura mediante el dispositivo del documento ES2485618 y el dispositivo según la realización preferida de la presente invención anteriormente descrito.
Tal como se explicó anteriormente, una pequeña variación de altura corresponde a una pequeña variación de presión. Por su parte, cuanto mayor caudal de aire pueda generar el dispositivo, mayor es el tamaño de los motores que pueden someterse a ensayo con el mismo. 35
- Variación de altura con respecto al dispositivo
- Caudal másico (técnica anterior) Caudal másico (presente invención)
- +200 m
- 400 kg/h 1300 kg/h
- +500 m
- 600 kg/h 1200 kg/h
- +1000 m
- 900 kg/h 1150 kg/h
- +2000 m
- 850 kg/h 1000 kg/h
- -200 m
- 200 kg/h 1900 kg/h
- -500 m
- 400 kg/h 1800 kg/h
- -1000 m
- 650 kg/h 1700 kg/h
- -2000 m
- 800 kg/h 1550 kg/h
Tal como puede apreciarse en la tabla anterior, para todas las variaciones de altura el dispositivo de la presente invención permite obtener caudales másicos mucho mayores a los que podían obtenerse con el dispositivo del documento ES2485618. Al disponer de mayor 5 caudal de flujo másico, en caso de fluctuación la presión de aspiración no cambia y la conexión del motor al dispositivo no afecta al funcionamiento del propio motor, lo que permite la simulación de pequeñas variaciones de presión (lo que se traduce en pequeñas variaciones de altura).
Por ejemplo, un motor de 1,6 l de cilindrada mueve aproximadamente 275 kg/h. Por 10 tanto, con el dispositivo de la técnica anterior, apenas podrían someterse a ensayo motores mayores que éste. Esto supone un rango de uso del dispositivo de la técnica anterior muy limitado para cotas pequeñas.
Por otro lado, puede observarse que con el dispositivo de la técnica anterior el caudal aumenta al aumentar la variación de altura hasta los +1000 m, lo que supone que el dispositivo 15 es muy poco operativo entre cero y esa cota (1000 m) en el modo de vacío. Lo mismo sucede en el caso de sobrepresión hasta los -5000 m (datos no mostrados). Con el dispositivo de la presente invención puede apreciarse que el caudal másico obtenido siempre disminuye al aumentar variación de altura, ya sea una variación en sentido positivo o negativo, lo cual es más acorde a lo que sucede realmente con los motores y por tanto el dispositivo de la presente 20 invención es más operativo.
Aunque la tabla anterior presenta valores específicos de variación de altura que llegan hasta +/-200 m, el experto en la técnica entenderá que los datos de la tabla anterior demuestran la tendencia del dispositivo de la presente invención a proporcionar mayor caudal másico que el dispositivo de la técnica anterior, independientemente de la variación de altura 25 sometida a prueba. Por tanto, el dispositivo de la presente invención también funcionará con variaciones de altura aún menores, por ejemplo de +/-100 m, +/-50 m, etc.
Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a realizaciones preferidas de la misma, el experto en la técnica entenderá que pueden aplicarse modificaciones y variaciones a las realizaciones descritas sin por ello apartarse del alcance de la presente 30 invención. Por ejemplo, el turbocompresor y la turbina podrán acoplarse a otros sistemas que proporcionen o disipen energía respectivamente, no necesariamente limitados a los descritos
anteriormente en el presente documento.
Asimismo, aunque se han descrito realizaciones preferidas del dispositivo de la presente invención que comprenden una sola turbina (8), una sola válvula de baipás (6), un solo intercambiador de calor (14) y un solo turbocompresor (17), resultará evidente para un experto en la técnica que realizaciones alternativas del dispositivo de la presente invención 5 pueden incluir varios de estos elementos.
El experto en la técnica también entenderá que aunque se ha descrito la presente invención haciendo referencia a ensayos de motores de combustión interna, la misma también puede aplicarse con modificaciones menores al ensayo de otros elementos asociados que también pueden tener que funcionar a distintas cotas de altitud (tales como por ejemplo filtros 10 de aire, silenciadores, elementos de limpieza de gases de escape (postratamiento), etc.).
Claims (17)
- REIVINDICACIONES1. Dispositivo para acondicionar la atmósfera en ensayos de motores de combustión interna alternativos, comprendiendo el dispositivo:- un conducto de entrada (1) dispuesto para conectarse en un primer extremo (1a) a una admisión de un motor de combustión que va a someterse a ensayo y que aspira 5 aire de la atmósfera exterior por un segundo extremo (1c);- un conducto de salida (3) dispuesto para conectarse en un primer extremo (3a) al escape del motor de combustión y que expulsa por un segundo extremo (3f) los gases de escape a la atmósfera;- un primer conducto de comunicación (4) que comunica el conducto de entrada (1) 10 con el conducto de salida (3) cerca de sus primeros extremos (1a, 3a) respectivos, de modo que la admisión del dispositivo está en comunicación con el escape del mismo;- una válvula de baipás (6) dispuesta en el conducto de entrada (1);- un turbogrupo de sobrealimentación que deriva el caudal de aire en el conducto de 15 entrada (1) que circula hacia la válvula de baipás (6), comprendiendo el turbogrupo una turbina (8) acoplada a un sistema de disipación de la energía generada en la expansión, pudiendo regularse la válvula de baipás (6) y la turbina (8) para obtener un valor de presión y caudal de aire deseados en el conducto de entrada (1);- un intercambiador de calor (14) en el conducto de salida para enfriar los gases de 20 escape hasta una temperatura segura; y- un turbocompresor (17) en el conducto de salida (3) aguas abajo del intercambiador de calor (14), alimentado por medios de alimentación de turbocompresor, para regular junto con la turbina (8) y la válvula de baipás (6) la presión del aire de admisión y el caudal de aire de admisión; 25caracterizado por que comprende además- una primera válvula de tres vías (5) que conecta el conducto de entrada (1c), aguas arriba de la válvula de baipás (6) con el conducto de salida (3d) aguas arriba del turbocompresor (17) a través de un segundo conducto de comunicación (21);- una válvula todo o nada (15) en el conducto (3c) entre el intercambiador de calor 30 (14) y el punto de conexión del conducto de salida (3d) con el segundo conducto de comunicación (21);- una segunda válvula de tres vías (19) que conecta el conducto de salida (3e) aguas abajo del turbocompresor (17) y el conducto de salida (3c), entre el intercambiador de calor (14) y la válvula todo o nada (15); 35- una válvula de regulación (23) en un conducto (24) que conecta el conducto de salida (3a) con la atmósfera; y- un tramo del conducto de salida (3b) que conecta el intercambiador de calor (14) con el primer conducto de comunicación (4) entre la conexión del conducto de entrada (1) y la conexión del conducto (24); 40de modo que la configuración del conjunto de válvulas de tres vías (5, 19), de válvulas de baipás (6, 23) y de la válvula todo o nada (15) permite el uso del dispositivo en modo de aumento o reducción de la presión del aire de entrada con respecto al aire atmosférico.
- 2. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado por que comprende además un silenciador (20) en el segundo extremo del conducto de salida (3f).
- 3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además un silenciador (25) en un extremo de salida del conducto (24).
- 4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el 5 sistema de disipación de energía generada en la expansión en la turbina (8) está compuesto por un compresor radial centrífugo (9) que está conectado a un filtro (10) a través del cual aspira aire de la atmósfera y a una válvula de contrapresión (11) y un silenciador (12) a través de los cuales descarga el aire que trasiega a la atmósfera.
- 5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el 10 sistema de disipación de energía generada en la expansión en la turbina (8) está compuesto por un generador eléctrico (26).
- 6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la turbina (8) es una turbina de geometría variable.
- 7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por que la turbina de geometría 15 variable es de tipo radial centrípeta.
- 8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de alimentación de turbocompresor se seleccionan de un motor eléctrico (18) y una turbina (27).
- 9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que 20 comprende además un filtro (2) en el extremo del dispositivo por el que se aspira aire de la atmósfera exterior para evitar la entrada de impurezas en el dispositivo.
- 10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además al menos un separador de condensados (13, 16).
- 11. Procedimiento para acondicionar la atmósfera para el ensayo de motores de 25 combustión mediante un dispositivo para acondicionar la atmósfera según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende las etapas de:- someter aire de entrada atmosférico a una etapa de variación de la presión;- desviar aire de entrada hacia la salida para poner en comunicación directa los gases de escape con el aire de entrada; 30- introducir aire de entrada sometido a variaciones de presión en la admisión de un motor que va a someterse a ensayo;- reducir la temperatura de los gases de escape hasta una temperatura segura para su paso por un turbocompresor; y- expulsar gases de escape del motor que se somete a ensayo a la atmósfera; 35permitiendo el procedimiento realizar variaciones de presión que simulan pequeñas variaciones de altura con respecto a la altura a la que se realiza el procedimiento,en el que la etapa de variación de la presión del aire de entrada se realiza mediante la acción combinada de un turbocompresor, una turbina y una válvula de baipás que regula la cantidad de aire de entrada. 40
- 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que las variaciones de presión obtenidas simulan variaciones de altura a partir de +/-200 m con respecto a laaltura a la que se realiza el procedimiento.
- 13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado por que la etapa de variación de la presión del aire de entrada comprende reducir la presión del aire de entrada.
- 14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado por que 5 la etapa de variación de la presión del aire de entrada comprende aumentar la presión del aire de entrada.
- 15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 y 12, caracterizado por que comprende la etapa de:- cambiar entre un modo de aumento de la presión del aire de entrada y un modo de 10 reducción de la presión del aire de entrada,en el que dicho cambio de modo de variación de presión se realiza simplemente ajustando dos válvulas de tres vías, dos válvulas de regulación y una válvula de todo o nada.
- 16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado por que 15 comprende además la etapa de someter el aire de entrada atmosférico a una etapa de variación de la temperatura.
- 17. Uso de un dispositivo tal como se definió en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, para acondicionar la presión de la atmósfera en un ensayo de motores de combustión mediante variaciones de presión que simulan pequeñas variaciones de altura con 20 respecto a la altura a la que se realiza el procedimiento.
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