ES2683422T3 - Cargador de ondas de presión y método para el funcionamiento de un cargador de ondas de presión - Google Patents

Cargador de ondas de presión y método para el funcionamiento de un cargador de ondas de presión Download PDF

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Abstract

Cargador de ondas de presión (1) para comprimir aire fresco (2a) para un motor de combustión, que comprende una carcasa de gas frío (6), una carcasa de gas caliente (7), así como una carcasa de rotor (11) dispuesta entremedias, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor (11) un rotor de celda (8) que puede rotar, y comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un canal de gas de escape de alta presión (4) y un canal de gas de escape de baja presión (5), y comprendiendo la carcasa de gas frío (6) un canal de aire fresco (2) y un canal de aire de admisión (3), y estando conectados el canal de gas de escape de alta presión (4), el canal de gas de escape de baja presión (5), el canal de aire fresco (2) y el canal de aire de admisión (3) llevando fluido con el rotor de celda (8), comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un primer cojinete (13) y la carcasa de gas frío (6), un segundo cojinete (14), y comprendiendo el rotor de celda (8) un eje de rotor (12) que está montado en el primer y el segundo cojinete (13,14), y comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un intercambiador de calor (7c) que está diseñado de tal modo que al menos el primer cojinete (13) se puede refrigerar, estando diseñado el intercambiador de calor (7c) de tal modo que se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presión (4), caracterizado por que el intercambiador de calor (7c) está diseñado de tal modo que está refrigerado previamente el primer cojinete (13) y, a continuación, el canal de gas de escape de alta presión (4), por que la capacidad de refrigeración del intercambiador de calor (7c) durante un arranque en frío en una primera fase de arranque (S1) es reducida o por que el intercambiador de calor (7c) está apagado hasta que el cargador de ondas de presión presenta una temperatura mínima (Tmin), y por que la capacidad de refrigeración del intercambiador de calor (7c) después se eleva.

Description

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DESCRIPCION
Cargador de ondas de presion y metodo para el funcionamiento de un cargador de ondas de presion
La invencion se refiere a un cargador de ondas de presion. La invencion se refiere, ademas, a un metodo para el funcionamiento de un cargador de ondas de presion.
Estado de la tecnica
En vehlculos que funcionan con motores de combustion, la legislacion exige emisiones contaminantes cada vez mas reducidas y, en particular, un bajo consumo de combustible. El proceso de transformacion de energla combustible en energla mecanica se somete a este respecto al proceso de Carnot ideal, de tal modo que el grado de eficacia de un motor de combustion esta limitado a un maximo de aproximadamente el 40%. La restante energla contenida en el combustible es emitida como perdida de calor a traves del bloque motor del motor de combustion o a traves del gas de escape. Para aumentar mas el grado de eficiencia de motores de combustion, se recargan motores de combustion. A este respecto, se comprime aire fresco aspirado que se requiere para el proceso de combustion, de tal modo que se obtiene un grado de llenado mas elevado del cilindro en un proceso de intercambio de carga. El mayor grado de llenado del cilindro con aire fresco posibilita una mayor alimentacion, por ejemplo, inyeccion de combustible y, por tanto, una elevacion de la capacidad de combustion por ciclo de combustion con potencia de friccion invariable del motor de combustion. De este modo aumenta la potencia efectiva del motor de combustion de tal modo que es posible emplear para una misma potencia puesta a disposicion un motor de menor cilindrada y, por tanto, reducir el consumo de combustible, as! como la emision de CO2.
Como compresor para la recarga de un motor de combustion es apropiado en particular un cargador de ondas de presion. El cargador de ondas de presion como se conoce este, por ejemplo, por el documento EP0235609A1, utiliza a este respecto en el contacto de gas directo la energla de la corriente de gas de escape para comprimir el aire aspirado y, en la forma constructiva mas comun, se configura con un rotor de celda que puede rotar. Para obtener un aumento efectivo del grado de eficiencia del motor de combustion, tiene una gran importancia que el proceso de recarga por medio del cargador de ondas de presion se efectue tambien con un alto grado de eficiencia.
Cargadores de ondas de presion conocidos presentan la desventaja de que el intersticio entre el rotor de celda que rota y las partes fijas esta disenado relativamente grande para evitar durante el funcionamiento del cargador de ondas de presion un dano mecanico del rotor de celda de rota. Este intersticio relativamente grande tiene como consecuencia un grado de eficiencia reducido durante el funcionamiento, pero tambien en particular durante el arranque en frlo. El documento DE 102012101922A1 desvela un cargador de ondas de presion con anchura de intersticio reducida. Desventajoso en este dispositivo es que este presenta una tendencia al atasco, de tal modo que tras la aparicion del atasco ya no es posible una reduccion de la anchura de intersticio. El documento FR 1 154 867 A y el documento US 2 800 120 A desvelan un cargador de ondas de presion que presenta una refrigeracion de cojinete en la carcasa de gas caliente.
Presentation de la Invencion
Es objetivo de la invencion formar un cargador de ondas de presion con elevado grado de eficiencia. Ademas, es objetivo de la invencion hacer funcionar un cargador de ondas de presion con un metodo de tal tipo que el cargador de ondas de presion presente un elevado grado de eficiencia durante el funcionamiento.
Este objetivo se resuelve con un cargador de ondas de presion que presenta las caracterlsticas de la reivindicacion 1. Las reivindicaciones dependientes 2 a 9 se refieren a otras configuraciones ventajosas. El objetivo se resuelve, ademas, con un metodo para el funcionamiento de un cargador de ondas de presion que presenta las caracterlsticas de la reivindicacion 10. Las reivindicaciones dependientes 11 a 13 se refieren a otras etapas de funcionamiento ventajosas.
El objetivo se resuelve en particular con un cargador de ondas de presion para comprimir aire fresco para un motor de combustion, que comprende una carcasa de gas frlo, una carcasa de gas caliente, as! como una carcasa de rotor dispuesta entremedias, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor un rotor de celda que puede rotar, y comprendiendo la carcasa de gas caliente un canal de gas de escape de alta presion y un canal de gas de escape de baja presion, y comprendiendo la carcasa de gas frlo un canal de aire fresco y un canal de aire de admision, y estando conectados el canal de gas de escape de alta presion, el canal de gas de escape de baja presion, el canal de aire fresco y el canal de aire de admision llevando fluido con el rotor de celda, y comprendiendo la carcasa de gas caliente un primer cojinete y la carcasa de gas frlo, un segundo cojinete, y comprendiendo el rotor de celda un eje de rotor que esta montado en el primer y en el segundo cojinete, y comprendiendo la carcasa de gas caliente un intercambiador de calor que esta disenado de tal modo que al menos el primer cojinete se puede refrigerar, estando disenado el intercambiador de calor de tal modo que se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presion, estando disenado el intercambiador de calor de tal modo que previamente esta refrigerado el primer cojinete y, a continuation, el canal de gas de escape de alta presion, siendo reducida la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor durante un arranque en frlo en una primera fase de arranque o estando desactivado el intercambiador de calor hasta que el cargador de ondas de presion presenta una temperatura minima, y elevandose la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor despues. El objetivo se resuelve, ademas, en particular con
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un metodo para el funcionamiento de un cargador de ondas de presion para comprimir aire fresco para un motor de combustion, comprendiendo el cargador de ondas de presion una carcasa de gas frio, una carcasa de gas caliente y una carcasa de rotor dispuesta entremedias, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor un rotor de celda que puede rotar, y comprendiendo la carcasa de gas caliente uno o varios canales de gas de escape de alta presion y uno o varios canales de gas de escape de baja presion (en lo que sigue, se indicara de manera representativa en cada caso solo un canal), siendo refrigerada la carcasa de gas caliente por un intercambiador de calor de tal modo que se refrigera un primer cojinete dispuesto en la carcasa de gas caliente, y siendo alojado el rotor de celda por el primer cojinete y por un segundo cojinete dispuesto en la carcasa de gas frio, estando disenado el intercambiador de calor de tal modo que tambien se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presion y, por tanto, la corriente de gas de escape de alta presion que fluye a traves del canal de gas de escape de alta presion, siendo guiada la corriente refrigerante de tal modo en el intercambiador de calor que el agente refrigerante primero refrigera el primer cojinete y despues es alimentado al canal de gas de escape de alta presion para refrigerar este, siendo reducida la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor durante un arranque en frio en una primera fase de arranque o estando apagado el intercambiador de calor hasta que el cargador de ondas de presion presenta una temperatura minima, y elevandose despues la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor. El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion comprende una carcasa de gas caliente con un intercambiador de calor, estando dispuesto y disenado el intercambiador de calor de tal modo que este refrigera al menos un primer cojinete para el rotor de celda dispuesto en la carcasa de gas caliente. En una configuracion particularmente ventajosa se refrigera en la carcasa de gas caliente la corriente de gas de escape de alta presion que fluye desde el motor de combustion. El gas de escape que fluye desde el motor de combustion presenta una temperatura de gas de escape de hasta aproximadamente 1050 °C. La refrigeracion de la corriente de gas de escape que llega a la carcasa de gas caliente tiene como consecuencia que la carcasa de gas caliente presente una temperatura mas baja, y que la corriente de gas de escape con una temperatura mas baja fluya en la rueda celular de tal modo que tambien la rueda celular presente una temperatura de funcionamiento mas baja. Esto tiene como consecuencia que tanto la carcasa de gas caliente como la rueda celular experimentan durante el calentamiento una menor dilatacion, o durante el enfriamiento presentan una menor contraccion. La refrigeracion permite disponer un primer cojinete para el rotor de celda en la carcasa de gas caliente. De este modo, es posible montar el rotor de celda en el primer cojinete de tal modo que el lado frontal del rotor de celda presenta una posicion definida y, debido a ello, el intersticio entre el lado frontal del rotor de celda y el lado frontal de la carcasa de gas caliente se puede mantener pequeno. En una configuracion particularmente ventajosa, el rotor de celda esta montado a ambos lados, en un primer cojinete en la carcasa de gas caliente, y en un segundo cojinete en la carcasa de gas frio. En una configuracion ventajosa, el primer cojinete y/o el segundo cojinete estan ademas lubricados, en particular lubricados con aceite o lubricados con grasa. El montaje bilateral del rotor de celda posibilita el cambio del montaje flotante conocido hasta ahora del rotor de celda, que tenia la desventaja de que daba como resultado una deformacion del rotor en forma de trompeta a elevadas temperaturas y revoluciones. El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta la ventaja de que no aparece o no se da apenas una deformacion en forma de trompeta del rotor de celda. El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta la ventaja de que la holgura fria entre rotor de celda y carcasa de gas caliente se puede mantener extremadamente pequena, y la anchura de intersticio se situa preferentemente en un intervalo de 0,05 a 0,2 mm, preferentemente en aproximadamente 0,1 mm. El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion, debido a esta reducida anchura de intersticio, presenta la ventaja de que las caracteristicas de arranque en frio estan mejoradas esencialmente, dado que el cargador de ondas de presion debido a la reducida anchura de intersticio puede generar ya durante la fase de arranque en frio una presion de carga suficientemente elevada. El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion genera ya a una temperatura en el rango de, por ejemplo, unos 200 °C una presion de carga suficientemente elevada. De acuerdo con la invencion, la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor esta regulada de tal modo que, durante el arranque en frio solo se refrigera con una reducida capacidad de refrigeracion o incluso no se refrigera para que el cargador de ondas de presion en el tiempo mas breve posible llegue a la temperatura de funcionamiento requerida de, por ejemplo, unos 200°C. La capacidad de refrigeracion se eleva a partir de determinada temperatura de funcionamiento, por ejemplo, a partir de 300°C para refrigerar el gas de escape que entra.
En una configuracion particularmente ventajosa, el intercambiador de calor esta disenado, ademas, de tal modo que este tambien refrigera la corriente de gas de escape que sale del cargador de ondas de presion, refrigerandose preferentemente el canal de gas de escape de baja presion.
El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta la ventaja adicional de que no se produce o apenas se produce una ignicion posterior de hidrocarburos no quemados en el sistema de escape, dado que la temperatura de la corriente de gas de escape alimentada al sistema de escape y preferentemente tambien la temperatura de la carcasa de gas caliente es considerablemente reducida. Asi, la corriente de gas de escape que sale de la carcasa de gas caliente puede presentar una temperatura de aproximadamente 700 °C o una temperatura de menos de 700 °C. La carcasa de gas caliente puede presentar en la superficie una temperatura de aproximadamente 120 °C. Ventajosamente, el intercambiador de calor esta disenado como canales que discurren en la carcasa de gas caliente a traves de los cuales fluye agua como medio refrigerante. Un intercambiador de calor asi disenado es particularmente apropiado para refrigerar la carcasa de gas caliente, de tal modo que es posible, por ejemplo, formar la carcasa de gas caliente de aluminio o de una aleacion de aluminio. Una carcasa de gas caliente fabricada de un metal de este tipo no recibe dano termico durante el funcionamiento, dado que el metal presenta una elevada transmision termica y la carcasa de gas caliente se refrigera de tal modo que no aparece un
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sobrecalentamiento.
El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta, ademas, la ventaja de que, por medio de la refrigeracion de la corriente de gas de escape se reduce el caudal volumetrico del gas de escape, lo que tiene como consecuencia que o bien se puede reducir la dimension de los conductos de gas de escape en el cargador de ondas de presion o que se pueda utilizar un cargador de ondas de presion existente con mayor capacidad de transporte de gas de escape.
El cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta, ademas, la ventaja de que este puede ser formado con materiales menos resistentes a la temperatura y, por tanto, con materiales mas economicos, en particular la carcasa de gas caliente y la carcasa de gas frlo, pero tambien el rotor de celda. En un diseno particularmente ventajoso, al menos la carcasa de gas caliente se compone de aluminio, una aleacion de aluminio u otra aleacion de metal ligero para formar una carcasa de gas caliente mas ligera desde el punto de vista del peso, y para formar preferentemente una carcasa de gas caliente con capacidad de transmision termica elevada. Un cargador de ondas de presion de este tipo presenta la ventaja de que este esta disenado de manera particularmente ligera y de que la corriente de gas de escape puede ser refrigerada de manera particularmente eficiente. Una carcasa de gas caliente de aluminio o una correspondiente aleacion presenta la ventaja de que esta se calienta muy rapido, de tal modo que el cargador de ondas de presion en un arranque en frlo presenta en muy poco tiempo la temperatura de funcionamiento necesaria. Un motor de combustion equipado con un cargador de ondas de presion de acuerdo con la invencion presenta, por tanto, propiedades de arranque en frlo ventajosas. Esto tiene como consecuencia que el cargador de ondas de presion, por ejemplo, en el caso de un motor de gasolina de pequena cilindrada, muestra efecto muy rapido tras el arranque en frlo, lo que, por ejemplo, tiene como consecuencia un mejor comportamiento de aceleracion y una menor emision contaminante.
En un diseno particularmente ventajoso, el rotor de celda esta dividido en dos partes y comprende una primera parte de rotor de celda en direccion del recorrido del eje de rotor y, a continuacion, una segunda parte de rotor de celda, estando separadas las dos partes de rotor de celda en direccion del recorrido del eje de rotor formando un intersticio entre si. Ventajosamente, un rotor de celda de este tipo esta formado de tal modo que un calentamiento de las partes de rotor de celda tiene como consecuencia que el intersticio reduzca su tamano.
El intercambiador de calor comprende ventajosamente una refrigeracion por agua, en particular de tal modo que estan dispuestos en la carcasa de gas caliente canales de refrigeracion que son recorridos por el agua refrigerante.
El rotor de celda es accionado ventajosamente de manera activa, por ejemplo, mediante un accionamiento de correa, o en particular por un motor electrico que esta dispuesto ventajosamente en la carcasa de gas frlo.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos utilizados para ilustrar los ejemplos de realizacion muestran:
La Figura 1, un corte longitudinal a traves de un cargador de ondas de presion representado esquematicamente;
la Figura 2, una representacion del principio de la conduccion de gas en la rueda celular; la Figura 3, un corte longitudinal a traves de una rueda celular dividida;
la Figura 4, un corte longitudinal a traves de otro ejemplo de realizacion de una rueda celular dividida; la Figura 5, una vista frontal de una carcasa de gas caliente; la Figura 6, una vista lateral de un cargador de ondas de presion;
la Figura 7, un corte a traves del cargador de ondas de presion a lo largo de la llnea de corte A-A de acuerdo con la figura 6.
De manera fundamental, en los dibujos partes iguales estan provistas de las mismas referencias.
Vlas para la realizacion de la Invencion
La figura 1 muestra esquematicamente un cargador de ondas de presion 1 para comprimir aire fresco 2a para un motor de combustion no representado al que se alimenta un aire fresco comprimido, tambien designado como aire de admision 3a. El cargador de ondas de presion 1 comprende una carcasa de gas frlo 6, una carcasa de gas caliente 7, as! como una carcasa de rotor dispuesta entremedias 11, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor 11 un rotor de celda que puede rotar 8. El rotor de celda 8 comprende un eje de rotor 12 que esta montado de manera giratoria en dos extremos en cada caso en un primer o un segundo cojinete 13, 14. El primer cojinete 13 esta dispuesto en la carcasa de gas caliente 7, estando dispuesto por el contrario el segundo cojinete 14 en la carcasa de gas frlo 6. La carcasa de gas caliente 7 comprende un canal de gas de escape de alta presion 4 y un canal de gas de escape de baja presion 5, alimentandose la corriente de gas de escape de alta presion 4a que llega del motor al canal de gas de escape de alta presion 4, y alimentandose la corriente de gas de escape de baja presion 5a que sale del canal de gas de escape de baja presion 5 a un escape. La carcasa de gas frlo 6 comprende un canal de aire fresco 2 y un canal de aire de admision 3. La carcasa de gas frlo 6 podrla comprender en otra forma de realizacion tambien varios canales de aire fresco 2 y varios canales de aire de admision 3, preferentemente dos de cada. La carcasa de gas caliente 7 podrla comprender en otra forma de realizacion tambien varios canales de
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gas de escape de alta presion 4 y varios canales de gas de escape de baja presion 5, preferentemente dos de cada. El canal de gas de escape de alta presion 4, el canal de gas de escape de baja presion 5, el canal de aire fresco 2 y el canal de aire de admision 3 estan conectados en la disposicion habitual para un cargador de ondas de presion, pero solo representada esquematicamente, llevando fluido con el rotor de celda 8 para comprimir el aire fresco aspirado 2a con ayuda de la corriente de gas de escape de alta presion 4a y alimentarlo como aire de admision 3a al motor de combustion. La carcasa de gas caliente 7 presenta en el lado frontal 7f orientado al rotor de celda 8 una abertura de entrada 7h, as! como una abertura de salida 7g. Entre este lado frontal 7f y el rotor de celda 8 hay un intersticio 16. El intersticio 16 presenta preferentemente una anchura en el intervalo de 0,05 a 0,2 mm, y en particular una anchura de aproximadamente 0,1 mm. La carcasa de gas frlo 6 presenta en el lado frontal 6c orientado hacia el rotor de celda 8 una abertura de entrada 6d, as! como una abertura de salida 6e. Entre este lado frontal 6c y el rotor de celda 8 hay un intersticio 17.
La carcasa de gas caliente 7 comprende un intercambiador de calor 7c representado esquematicamente, estando disenado el intercambiador de calor 7c de tal modo que se refrigera al menos el primer cojinete 13. De manera particularmente ventajosa, el intercambiador de calor 7c esta configurado de tal modo que tambien se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presion 4 y, por tanto, la corriente de gas de escape de alta presion 4a que fluye a traves del canal de gas de escape de alta presion 4. La corriente refrigerante se gula preferentemente de tal manera en el intercambiador de calor 7c que el agente refrigerante primero refrigera el primer cojinete 13 y despues es alimentado al canal de gas de escape de alta presion 4 para refrigerar este. El agente refrigerante fluye preferentemente en canales de refrigeracion que se encuentran en la pared exterior del canal de gas de escape de alta presion 4. En otro diseno ventajoso, el intercambiador de calor 7c esta disenado de tal modo que, ademas, se puede refrigerar tambien el canal de gas de escape de baja presion 5, de tal modo que se refrigera la corriente de gas de escape de baja presion 5a que fluye a traves de este canal. Como agente refrigerante se utiliza preferentemente agua. En un diseno ventajoso, los canales de refrigeracion estan conectados con el circuito de agua de un motor de combustion de tal modo que este suministra agua refrigerante y provoca el cambio. El eje de rotor 12 es accionado en el ejemplo de realizacion representado por un motor electrico 15 dispuesto en la carcasa de gas frlo 6. El eje de rotor 12 tambien podrla ser accionado, por ejemplo, por un accionamiento de correa.
En un diseno ventajoso, en el cargador de ondas de presion 1 esta dispuesto un sensor 21 para el registro de la temperatura de la corriente de gas de escape de alta presion 4a, la temperatura de la corriente de gas de escape de baja presion 5a, o una magnitud relacionada con ello, estando conectado el sensor 21 para la transmision de senales con un dispositivo regulador 23. El intercambiador de calor 7c esta conectado llevando fluido con un dispositivo de disipacion termica no representado, de tal modo que se forma un circuito de agua que tambien comprende una bomba de recirculacion no representada. En un diseno preferente, la bomba de recirculacion puede ser controlada por el dispositivo regulador 23 de tal modo que se puede controlar la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor 7c, preferentemente en funcion de una temperatura medida por el sensor 21.
En un metodo ventajoso, durante un arranque en frlo, no se efectua ninguna refrigeracion o solo una refrigeracion reducida del intercambiador de calor 7c, de tal modo que durante una primera fase inicial S1 no tiene lugar refrigeracion o solo una refrigeracion reducida hasta que el cargador de ondas de presion 1, en particular la corriente de gas de escape de alta presion o la corriente de gas de escape de baja presion, presenta una temperatura minima Tmin, y la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor 7c se eleva despues. Este metodo presenta la ventaja de que el cargador de ondas de presion se calienta muy rapido durante el arranque en frio, y por eso proporciona rapidamente la potencia de presion necesaria. En otro metodo ventajoso, la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor en un arranque en frio durante una duracion de tiempo de arranque predefinida Tst se reduce o se apaga el intercambiador de calor 7c, y la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor 7c se eleva tras concluir la duracion de tiempo de arranque Tst.
La figura 2 muestra en una representacion basica la conduccion de gas en un cargador de ondas de presion con rueda celular 8. En el rotor de celda 8 que rota, fluye a traves del canal de aire fresco 2 aire fresco aspirado 2a y, a traves del canal de gas de escape de alta presion 4, el gas de escape 4a procedente del ciclo de combustion. El aire fresco aspirado 2a, es comprimido por la presion del gas de escape 4a y, a continuacion, alimentado por medio del canal de aire de admision 3 al motor de combustion en un lado de aspiracion y fluye despues en el cilindro, en el que tiene lugar un proceso de intercambio de carga, y es mezclado y quemado alli con combustible. A continuacion, el gas de escape 4a es alimentado a traves del canal de gas de escape de alta presion 4 al cargador de ondas de presion 1. Tras la compresion del aire fresco 2a por medio del gas de escape 4a, el gas de escape 5a ya no necesitado es soltado en un canal de gas de escape de baja presion 5 y alimentado al siguiente ramal de gas de escape.
En la carcasa de gas caliente 7, discurre un canal de gas de escape de alta presion 4 que se alimenta al rotor de celda 8. En la carcasa de gas caliente 7, esta dispuesto, ademas, un intercambiador de calor 7c que en el ejemplo de realizacion representado esta disenado como canales de agua 7d que rodean el canal de gas de escape de alta presion 4 para refrigerar sus paredes interiores y, de esta manera, refrigerar la corriente de gas de escape de alta presion 4a que fluye a traves de el. En el ejemplo de realizacion representado, el intercambiador de calor 7c o los canales de agua 7d es parte de la carcasa de gas caliente 7. En un diseno preferente, no representado, los canales de agua 7d se guian en primer lugar a la zona de la carcasa de gas caliente 7 en la que esta dispuesto el primer
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cojinete 13 para refrigerar primero el primer cojinete 13 antes que la parte del de la carcasa de gas caliente 7 que rodea el canal de gas de escape de alta presion 4. En una forma de realizacion ventajosa, no representada, tambien podrla estar dispuesto en la zona del canal de gas de escape de baja presion 5 un intercambiador de calor 7c, en particular canales de agua 7d para refrigerar la corriente de gas de escape de baja presion 5a.
La figura 3 muestra un primer ejemplo de realizacion de un rotor de celda 8 que esta disenado en direccion del recorrido del eje de rotor 12 en dos partes y comprende una primera parte de rotor de celda 8a con una primera parte de cojinete 25a y una segunda parte de rotor de celda 8b con una segunda parte de cojinete 25b, formando las dos partes de rotor de celda 8a, 8b o las dos partes de cojinete 25a, 25b un intersticio 18 entre si. Las partes de cojinete 25a, 25b estan unidas en sus secciones finales 25c, 25d de manera fija con el eje de rotor 12. Un calentamiento del rotor de celda 8 tiene como consecuencia que las partes de rotor de celda 8a, 8b se dilaten de tal modo que el intersticio 18 se reduzca. Una refrigeracion del rotor de celda 8 tiene como consecuencia que el intersticio 18 aumente. La forma de realizacion representada en la figura 3 presenta la ventaja de que el intersticio 16 entre el lado frontal 7f de la carcasa de gas caliente 7 y la primera parte de rotor de celda 8a permanece constante o en lo esencial constante independientemente de la temperatura de la parte de rotor de celda 8a, dado que el cambio de longitud, debido al calentamiento, de la parte de rotor de celda 8a tiene efecto en relacion con la anchura del intersticio 18.
La figura 4 muestra otro ejemplo de realizacion de un rotor de celda 8 que esta disenado en direccion del recorrido del eje de rotor 12 al menos en dos partes y comprende una primera parte de rotor de celda 8a con un primer eje parcial de rotor 12a y una segunda parte de rotor de celda 8b con un segundo eje parcial de rotor 12b, estando conectadas entre si las dos partes de rotor de celda 8a, 8b o los dos ejes parciales de rotor 12a, 12b por medio de un acoplamiento 19. Las dos partes de rotor de celda 8a, 8b presentan un intersticio de rotor 18. Un cambio de temperatura del rotor de celda 7 tiene como consecuencia un cambio de la anchura de intersticio 18.
La figura 5 muestra el lado frontal 7f de una carcasa de gas caliente 7, estando dispuestas en el lado frontal 7f, distanciadas en direccion perimetral, consecutivamente, una abertura de entrada 7h y, a continuacion, una abertura de salida 7g, estando dispuestas a continuacion nuevamente una abertura de entrada 7h y, a continuacion, una abertura de salida 7g. Un cargador de ondas de presion 1 que comprende la carcasa de gas caliente 7 representada en la figura 5 esta disenado de tal modo que presenta una conduccion de gas que se compone de dos conducciones de gas dispuestas una sobre otra como se representa en la figura 2.
La figura 6 muestra en una vista lateral otro ejemplo de realizacion de un cargador de ondas de presion 1 con carcasa de gas caliente 7, carcasa de rotor 11 y carcasa de gas frlo 6, comprendiendo la carcasa de gas caliente 7 una brida 71 en la que desemboca el canal de gas de escape de alta presion 4 y el canal de gas de escape de baja presion 5. Ademas, esta representada una entrada de agua refrigerante 7i, as! como una salida de agua refrigerante 7k por medio de las cuales tiene lugar el intercambio de agua refrigerante con el intercambiador de calor 7c dispuesto en la carcasa de gas caliente 7. La figura 7 muestra un corte a traves de la figura 6 a lo largo de la llnea de corte A-A. El canal de gas de escape de alta presion 4, as! como el canal de gas de escape de baja presion 5 estan rodeados al menos parcialmente por una camisa de agua 7m que se encuentra dentro del intercambiador de calor 7c, intercambiandose el agua por medio de conductos de alimentacion y de desague 7i, 7k y refrigerandose fuera de la carcasa de gas caliente 7. La carcasa de gas caliente 7 esta disenada preferentemente por secciones con doble pared para formar el intercambiador de calor 7c entre las paredes separadas. A partir de la figura 7, se pueden reconocer, ademas, las dos aberturas de salida 7g, as! como una parte de la rueda celular 8 dispuesta detras.
El dispositivo refrigerante que comprende el intercambiador de calor 7c puede estar disenado de distintas maneras y podrla estar disenado, por ejemplo, tambien como circuito de vapor, con tubos de calor y un circuito de vapor con cambio de fases.
La refrigeracion del cargador de ondas de presion 1 tiene como consecuencia que este, durante el funcionamiento, presenta una temperatura mas baja. Esto ofrece como ventaja que, para el sellado entre la carcasa de gas frlo 6 y la carcasa de rotor 11 y/o entre la carcasa de gas caliente 7 y la carcasa de rotor 11, puede utilizarse una junta torica 27 para el sellado, componiendose las juntas toricas 27 de metal o plastico.
Como se representa en la figura 1, se ha revelado, ademas, como ventajoso disponer un intercambiador de calor adicional 24 para refrigerar un conducto de alimentacion de gas de escape de alta presion 25, estando dispuesto el conducto de alimentacion de gas de escape de alta presion 25 en la direccion de flujo del gas de escape previamente al canal de gas de escape de alta presion 4.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Cargador de ondas de presion (1) para comprimir aire fresco (2a) para un motor de combustion, que comprende una carcasa de gas frio (6), una carcasa de gas caliente (7), asi como una carcasa de rotor (11) dispuesta entremedias, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor (11) un rotor de celda (8) que puede rotar, y comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un canal de gas de escape de alta presion (4) y un canal de gas de escape de baja presion (5), y comprendiendo la carcasa de gas frio (6) un canal de aire fresco (2) y un canal de aire de admision (3), y estando conectados el canal de gas de escape de alta presion (4), el canal de gas de escape de baja presion (5), el canal de aire fresco (2) y el canal de aire de admision (3) llevando fluido con el rotor de celda (8), comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un primer cojinete (13) y la carcasa de gas frio (6), un segundo cojinete (14), y comprendiendo el rotor de celda (8) un eje de rotor (12) que esta montado en el primer y el segundo cojinete (13,14), y comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un intercambiador de calor (7c) que esta disenado de tal modo que al menos el primer cojinete (13) se puede refrigerar, estando disenado el intercambiador de calor (7c) de tal modo que se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presion (4), caracterizado por que el intercambiador de calor (7c) esta disenado de tal modo que esta refrigerado previamente el primer cojinete (13) y, a continuacion, el canal de gas de escape de alta presion (4), por que la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor (7c) durante un arranque en frio en una primera fase de arranque (S1) es reducida o por que el intercambiador de calor (7c) esta apagado hasta que el cargador de ondas de presion presenta una temperatura minima (Tmin), y por que la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor (7c) despues se eleva.
  2. 2. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el intercambiador de calor (7c) esta disenado de tal modo que tambien se puede refrigerar el canal de gas de escape de baja presion (5).
  3. 3. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el intercambiador de calor (7c) comprende canales de refrigeracion (7d) que estan dispuestos en la carcasa de gas caliente (7), y por que el intercambiador de calor (7c) comprende en particular un circuito de agua para la refrigeracion.
  4. 4. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que un intercambiador de calor adicional (24) refrigera un conducto de alimentacion de gas de escape de alta presion (25), estando dispuesto el conducto de alimentacion de gas de escape de alta presion (25) en la direccion de flujo de gas de escape previamente al canal de gas de escape de alta presion (4).
  5. 5. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos el primer cojinete (13) o el segundo cojinete (14) esta disenado como un cojinete de rodillos.
  6. 6. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos el primer cojinete (13) presenta una lubricacion de aceite o grasa.
  7. 7. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la carcasa de gas caliente (7) se compone de aluminio o de una aleacion de aluminio.
  8. 8. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el rotor de celda (8) en direccion de recorrido del eje de rotor (12) esta disenado al menos en dos partes y comprende una primera parte de rotor de celda (8a) y una segunda parte de rotor de celda (8b), estando distanciadas entre si las dos partes de rotor de celda (8a, 8b) en direccion del recorrido del eje de rotor (12).
  9. 9. Cargador de ondas de presion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando dispuesto entre la carcasa de gas frio (6) y la carcasa de rotor (11) y/o entre la carcasa de gas caliente (7) y la carcasa de rotor (11) una junta torica (27) para el sellado, componiendose la junta torica (27) de metal o plastico.
  10. 10. Metodo para el funcionamiento de un cargador de ondas de presion (1) para comprimir aire fresco para un motor de combustion, comprendiendo el cargador de ondas de presion (1) una carcasa de gas frio (6), una carcasa de gas caliente (7) y una carcasa de rotor (11) dispuesta entremedias, estando dispuesto dentro de la carcasa de rotor (11) un rotor de celda (8) que puede rotar, y comprendiendo la carcasa de gas caliente (7) un canal de gas de escape de alta presion (4) y un canal de gas de escape de baja presion (5), siendo refrigerada la carcasa de gas caliente (7) por un intercambiador de calor (7c) de tal modo que se refrigera un primer cojinete (14) dispuesto en la carcasa de gas caliente (7), y estando alojado el rotor de celda (8) por el primer cojinete (14) y por un segundo cojinete (15) dispuesto en la carcasa de gas frio (6), estando disenado el intercambiador de calor (7 c) de tal modo que tambien se puede refrigerar el canal de gas de escape de alta presion (4) y, por tanto, se refrigera la corriente de gas de escape de alta presion (4a) que fluye a traves del canal de gas de escape de alta presion (4), caracterizado por que la corriente refrigerante se guia de tal modo en el intercambiador de calor (7c) que el agente refrigerante primero refrigera el primer cojinete (13) y despues es alimentado al canal de gas de escape de alta presion (4) para refrigerar este, por que la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor (7c) durante un arranque en frio en una primera fase de arranque (S1) es reducida o por que el intercambiador de calor (7 c) esta apagado hasta que el
    cargador de ondas de presion presenta una temperatura minima (Tmin), y por que la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor (7 c) despues se eleva.
  11. 11. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por que se refrigera una corriente de gas de escape
    5 (4a) del motor de combustion que fluye a traves del canal de gas de escape de alta presion (4) y/o a traves de un
    conducto de alimentacion de gas de escape de alta presion (25) instalado antes del canal de gas de escape de alta presion (4).
  12. 12. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por que se influye en la capacidad de refrigeracion 10 del intercambiador de calor (7c) en funcion de una temperatura medida.
  13. 13. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado por que la capacidad de refrigeracion del intercambiador de calor (7c) es reducida en un arranque en frio durante una duracion de tiempo de arranque predefinida (Tst) o el intercambiador de calor (7c) esta apagado, y por que la capacidad de refrigeracion del
    15 intercambiador de calor (7 c) se eleva tras acabar la duracion de tiempo de arranque (Tst).
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