ES2297052T3 - Sistema de gestion de la energia termica desarrollada por un motor termico de vehiculo automovil. - Google Patents
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Abstract
Sistema de gestión de la energía térmica desarrollada por un motor térmico de vehículo automóvil que comprende una red principal (2) equipada con una bomba principal (12) para hacer circular un fluido termoportador entre el motor térmico (10) y un radiador de refrigeración principal (18) que tiene una superficie de intercambio y que intercambia calor con el aire atmosférico exterior, comprendiendo, además, la red principal (2), una canalización de cortocircuito (20) y una canalización de calefacción (22) que incorpora un aerotermo (24), y un bucle secundario (4) que incluye un radiador secundario (60) que tiene una superficie de intercambio y una bomba secundaria (58), caracterizado porque la red principal (2) y el bucle secundario (4) están unidos por unos medios de interconexión (6) que permiten hacer circular de manera controlada el fluido termoportador entre la red principal (2) y el bucle secundario (4) o impedir esta circulación en función del estado de carga del motor térmico (10).
Description
Sistema de gestión de la energía térmica
desarrollada por un motor térmico de vehículo automóvil.
La invención se refiere a un sistema de gestión
de la energía térmica desarrollada por un motor térmico de vehículo
automóvil que comprende una red principal equipada con una bomba
principal para hacer circular un fluido termoportador entre el
motor térmico y un radiador de enfriamiento principal que
intercambia el calor con el aire atmosférico exterior,
comprendiendo la red principal, además, una canalización de
cortocircuito y una canalización de calefacción que incorpora un
aerotermo, y un bucle secundario que incluye un radiador secundario
y una bomba secundaria.
Los motores térmicos de los vehículos
automóviles son refrigerados por medio de un radiador de
refrigeración colocado en la parte delantera del vehículo. Un
circuito de fluido de refrigeración permite hacer circular un
fluido termoportador entre el motor térmico y el radiador de
refrigeración con el fin de enfriar el motor, véase, por ejemplo, el
documento US 5 353 757 A.
La energía térmica liberada por el motor es
igualmente utilizada para calentar el habitáculo del vehículo
haciendo pasar el fluido termoportador dentro de un aerotermo.
Además, los vehículos automóviles modernos incorporan cada vez más
unos equipos que intercambian la energía térmica con su entorno
exterior. La mayor parte de estos equipos deben ser refrigerados.
Este es el caso, en particular, del condensador que forma parte del
circuito de climatización del habitáculo del vehículo automóvil,
pero también del radiador de refrigeración del circuito de aceite y
del radiador de refrigeración del aire de sobrealimentación. Cada
vez más a menudo, igualmente, se enfrían los gases de escape con el
fin de disminuir la contaminación.
Otros equipos, menos numerosos, deben por el
contrario ser calentados. Este es el caso, en particular, del
intercambiador del calentador de carburante.
En los vehículos fabricados actualmente, se
prevé un circuito de fluido especial para cada equipo que hay que
enfriar o calentar. Por ejemplo, el circuito de climatización del
habitáculo del vehículo automóvil incorpora un intercambiador de
calor, constituido por un condensador, dispuesto en la parte
delantera del vehículo delante del radiador de refrigeración del
motor térmico. Un fluido refrigerante determinado, distinto del
fluido termoportador del motor térmico, recorre el circuito de
climatización. Son necesarios unos conductos especiales para unir
el condensador con el evaporador que está situado en la carcasa del
aparato de climatización y de calefacción del habitáculo del
vehículo.
Asimismo, si el vehículo está equipado con un
refrigerador de aire de sobrealimentación, el enfriamiento del aire
se lleva a cabo en un intercambiador aire - aire que está dispuesto
en la parte delantera del vehículo y que es enfriado mediante una
circulación de aire atmosférico.
Esta concepción se traduce en la presencia de un
gran número de canalizaciones y conductos situados bajo el capó del
motor, como por ejemplo, los tubos de admisión de aire necesarios
para el refrigerador de aire de sobrealimentación, que cuesta
llevar hasta la parte delantera del vehículo por la complejidad del
recorrido por el que deben discurrir y por el gran espacio que
ocupan.
La presente invención tiene por objeto un
sistema de gestión de la energía térmica desarrollada por un motor
térmico que reduce el lugar ocupado por los circuitos de fluido.
Este objetivo se alcanza, de acuerdo con la
invención, por el hecho de que la red principal y el bucle
secundario están unidos por unos medios de interconexión que
permiten hacer circular de manera controlada, el fluido
transportador entre la red principal y el bucle secundario o impedir
esta circulación en función del estado de carga del motor
térmico.
Dichos medios de interconexión son aptos, por
ejemplo, para unir directamente:
- Una o dos entradas y/o una o dos salidas desde
el radiador de refrigeración principal con el bucle secundario,
y/o
- Una o dos entradas y/o una o dos salidas desde
el radiador secundario con el bucle principal.
Por "aptos para unir directamente", se
entiende que dichos medios de interconexión son aptos para
establecer una conexión que permita el paso del fluido entre el
radiador de uno de los bucles y el otro bucle, sin pasar por otro
órgano dentro del cual se efectuaría un intercambio sustancial de
calor.
Dicho motor podrá presentar una entrada única y
una salida única para la circulación del fluido termoportador dentro
del motor.
Frecuentemente, el vehículo automóvil incorpora
uno o varios equipos en relación de intercambio térmico con el
medio exterior, por medio de un intercambiador de calor de equipo,
estando integrados el o los intercambiadores de calor de equipo en
la red principal y/o en el bucle secundario, estando cada
intercambiador de calor en relación de intercambio térmico con el
fluido de ciclo termoportador.
Gracias a esta característica, no es necesario
situar en cabeza en la parte delantera del vehículo cada uno de los
intercambiadores de calor de equipo. Hay mucha mayor libertad para
disponerlos en un emplazamiento apropiado bajo el capó del vehículo
automóvil. En particular, los intercambiadores de calor de equipo
pueden ser aproximados al equipo que refrigeran. La longitud de las
canalizaciones se disminuye así drásticamente, lo que en
consecuencia disminuye el volumen ocupado. Por otra parte, la
cantidad de fluido termoportador que recorre estas canalizaciones
se reduce igualmente de forma considerable, lo que permite una
disminución del coste porque estos fluidos son generalmente
costosos.
Por otro lado, en los vehículos conocidos, la
superficie de intercambio del radiador principal, también llamado
radiador de alta temperatura, y la superficie de intercambio del
radiador secundario, también llamado radiador de baja temperatura,
son fijas. El radiador principal o el radiador de alta temperatura
se utiliza exclusivamente para el enfriamiento de los equipos de la
red principal de alta temperatura, mientras que el radiador
secundario o radiador de baja temperatura se utiliza exclusivamente
para el enfriamiento y/o el calentamiento de los equipos del bucle
secundario de baja temperatura. Ahora bien, en ciertas condiciones
de carga del motor, en particular de carga débil, no es necesario
enfriar enérgicamente el motor térmico. Por eso el líquido
termoportador de refrigeración del motor circula por una
canalización de derivación que rodea el radiador.
Otro objeto de la presente invención es
precisamente proponer un sistema de gestión de la energía térmica
desarrollada por el motor térmico del vehículo que resuelva este
problema permitiendo utilizar de la manera más ventajosa la
superficie de intercambio de calor disponible para las necesidades
del circuito de alta temperatura y del circuito de baja
temperatura.
Este resultado se alcanza, de acuerdo con la
invención, por el hecho de que los medios de interconexión son
aptos para constituir unas configuraciones de la red principal y del
bucle secundario tales que una parte o la totalidad de la
superficie de intercambio de calor del radiador principal y/o de la
superficie de intercambio del radiador secundario están integradas
selectivamente bien de modo exclusivo en la red principal, bien de
modo exclusivo en el bucle secundario, o bien simultáneamente en la
red principal y en el bucle secundario, en función de al menos un
parámetro de control del estado de carga del motor térmico del
vehículo automóvil.
El parámetro de control puede escogerse
especialmente dentro del grupo que comprende la temperatura del
fluido termoportador de refrigeración del motor, la carga motora,
el régimen motor, la potencia expulsada por el motor térmico sobre
el fluido termoportador o una combinación de los valores de estos
parámetros.
Así, es posible hacer variar la distribución de
la superficie de intercambio global del sistema, es decir la suma
de la superficie de intercambio del radiador principal y del
radiador secundario, en función de las necesidades de los circuitos
de refrigeración de alta temperatura y de baja temperatura. Se puede
así aumentar la superficie de intercambio de calor disponible para
el circuito de alta temperatura disminuyendo la superficie de
refrigeración disponible para el circuito de baja temperatura. Al
revés, se puede disminuir la superficie de intercambio de calor
atribuida al circuito de alta temperatura, lo que permite
simultáneamente aumentar la del circuito de baja temperatura. En
particular, cuando el motor no necesita ser refrigerado
enérgicamente, una mayor capacidad de refrigeración puede ser
atribuida al circuito de baja temperatura consiguiendo con ello
mejorar el nivel de rendimiento respecto de la refrigeración de los
equipos del circuito de baja temperatura.
Se puede generalizar la invención en el caso de
que el vehículo automóvil incorpore más de dos circuitos de
refrigeración, por ejemplo tres. El sistema de gestión de la energía
térmica de la invención podría entonces incorporar tres secciones
de intercambio de calor y la superficie de intercambio de calor
global del módulo podría repartirse entre estas tres secciones de
intercambio de calor en función de las necesidades.
En una forma de realización concreta del sistema
de gestión de la invención, el paso de una configuración a otra se
lleva a cabo mediante una variación continua de la superficie de
intercambio de calor.
En otra realización particular, el radiador
principal y/o el radiador secundario están separados en al menos
dos secciones de intercambio de calor individuales, llevándose a
cabo el paso de una configuración a otra por incrementos, mediante
el paso de una sección de intercambio de calor de un circuito a la
otra.
En este último caso, las superficies de
intercambio de calor del intercambiador principal integrado en la
red principal y/o en las superficies de intercambio de calor del
intercambiador secundario integrado en el bucle secundario están
conectadas en paralelo unas con otras. O bien, como una variante,
están conectadas en serie unas con
otras.
otras.
Ventajosamente, la red principal incorpora una
válvula termostática de tres pasos, estando conectado un primer
paso a la canalización de motor, estando conectado un segundo paso a
una canalización de cortocircuito, estando conectado un tercer paso
a una canalización de radiador de refrigeración principal. Esta
válvula termostática, cuyo funcionamiento es clásico, permite hacer
circular de modo intermitente el fluido de refrigeración del motor
entre la canalización de derivación o de cortocircuito y la
canalización de radiador principal.
En otra forma de realización del sistema de
gestión de la invención, la red principal incorpora una válvula de
cuatro vasos, estando conectado un primer paso de esta válvula a una
canalización de motor, estando conectado un segundo paso de la
válvula a una canalización de cortocircuito, estando conectado un
tercer paso a una canalización de radiador principal y estando
conectado un cuarto paso a una canalización de calefacción.
Esta última solución permite una gestión más
afinada de la energía térmica. En efecto, con una válvula de tres
pasos, el fluido de refrigeración transita de modo permanente por el
radiador de calefacción del habitáculo del vehículo automóvil,
incluso si éste último no es utilizado. La utilización de una
válvula de cuatro pasos permite cerrar la circulación del fluido
dentro del radiador de calefacción del habitáculo cuando no es
necesario. Se ralentiza con ello el desgaste del radiador de
calefacción por la circulación de un líquido corrosivo.
En una forma de realización preferida, el
radiador principal y/o el radiador secundario forman parte de un
módulo de intercambio de calor que comprende un primer
intercambiador de calor y un segundo intercambiador de calor cada
uno con una caja colectora de entrada y una caja colectora de
salida, estando el primer y el segundo intercambiadores de calor
superpuestos para ser atravesados por un mismo flujo de aire,
comunicando la caja colectora de salida del primer intercambiador
de calor con la caja colectora de entrada del segundo
intercambiador de calor mediante un orificio de paso, permitiendo
unos medios de válvula abrir o cerrar el orificio de paso.
Según un primer modo de realización de la
invención, los medios de interconexión son aptos para constituir
una configuración de arranque en frío que comprende un bucle
principal de arranque en frío y un bucle secundario de arranque en
frío aislados uno de otro, estando el radiador principal y el
radiador secundario integrados en el bucle secundario de arranque
en frío; y una configuración de funcionamiento normal en la cual la
circulación del fluido termoportador se efectúa de modo
intermitente entre el bucle principal de arranque en frío y el bucle
secundario de arranque en frío en función del estado de carga del
motor térmico.
Ventajosamente, el sistema incorpora una válvula
termostática dispuesta sobre el bucle principal de arranque en
frío, efectuándose una circulación de fluido termoportador entre el
bucle principal de arranque en frío y el bucle secundario de
arranque en frío en función del estado abierto o cerrado de la
válvula termostática.
Así mismo, según este modo de realización, los
medios de interconexión son, además, aptos para llevar a efecto una
configuración de carga fuerte en la cual la red principal y el bucle
secundario estén aislados uno del otro, sirviendo el radiador
principal exclusivamente a la refrigeración de la red principal y
sirviendo el radiador secundario exclusivamente a la refrigeración
del bucle secundario.
Por último, los medios de interconexión son,
además, aptos para llevar a efecto una configuración de carga muy
fuerte en la cual una circulación de fluido termoportador se efectúa
entre la red principal y el bucle secundario, siendo utilizada la
capacidad de refrigeración del radiador secundario para refrigerar
simultáneamente el bucle secundario y el motor térmico.
En este modo de realización, los medios de
interconexión pueden comprender una primera válvula de tres pasos
integrada en la red principal y una segunda válvula de tres pasos
integrada en el bucle secundario.
Por otra parte, la invención se refiere a un
sistema de válvula para realizar la interconexión de una red
principal equipada con una bomba principal para hacer circular un
fluido de ciclo termoportador entre el motor térmico y un radiador
de refrigeración principal que intercambia calor con el aire
atmosférico exterior, y de un bucle secundario que incluye un
radiador secundario y una bomba secundaria. Incorpora una válvula de
cuatro pasos, una primera y una segunda válvula de tres pasos,
estando la válvula de cuatro pasos y la primera válvula de tres
pasos integradas en la red principal, estando la segunda válvula de
tres pasos integrada en el bucle secundario.
En otro modo de realización, el intercambiador
principal está separado en una sección de alta temperatura
integrada de modo permanente de forma exclusiva en la red principal
y en una sección atribuible que puede estar integrada bien en la
red principal o bien en el bucle secundario, estando el
intercambiador de calor secundario integrado de modo permanente en
el bucle secundario.
En este modo de realización, los medios de
interconexión pueden estar constituidos por dos válvulas de cuatro
pasos. Pueden estar constituidos igualmente por una válvula única de
seis pasos al menos.
Preferentemente, la válvula de seis pasos
comprende un cuerpo que incorpora una pared lateral cilíndrica que
delimita un alojamiento cilíndrico, unas tuberías para la entrada o
salida del fluido por el cuerpo, un órgano rotatorio de reglaje
montado haciéndolo girar alrededor de un eje situado dentro del
alojamiento cilíndrico del cuerpo, siendo éste órgano rotatorio
susceptible de adoptar diferentes posiciones angulares para
controlar la circulación del fluido entre las tuberías.
Ventajosamente, las tuberías desembocan en la
pared lateral cilíndrica.
Los pasos de la válvula pueden estar situados
todos en un mismo nivel. O bien pueden estar situados en varios
niveles, por ejemplo dos. Es preciso entonces prever un paso
suplementario que permita establecer una comunicación entre los
diferentes niveles. En este caso, la válvula incorpora siete pasos
al menos.
\newpage
En una realización preferida, el órgano
rotatorio de reglaje incorpora unos embolsamientos aptos para
introducir dos o más de dos tuberías en comunicación una con
otra.
Los medios de intercomunicación, por ejemplo dos
válvulas de cuatro pasos o una válvula única, son aptos para
constituir al menos una configuración de arranque y de
funcionamiento de carga moderada en la cual la sección atribuible
está integrada en el bucle secundario y una configuración de carga
fuerte o muy fuerte en la que la sección atribuible está integrada
en la red principal.
En un tercer modo de realización, el sistema de
gestión de la energía térmica desarrollada por un motor eléctrico
de vehículo automóvil comprende un radiador principal y un radiador
secundario, incorporando cada uno una sección de intercambio de
calor única, permitiendo los medios de interconexión constituir ya
sea una configuración de carga débil y media en la cual el radiador
principal esté integrado exclusivamente en la red principal y el
radiador secundario esté integrado exclusivamente en el bucle
secundario, ya sea una configuración de carga fuerte en la cual el
radiador principal y el radiador secundario estén montados en
paralelo y pertenecen simultáneamente a la red principal y al bucle
secundario.
En una variante de realización, los medios de
interconexión están constituidos por unas válvulas de dos pasos
montadas entre el radiador principal y el radiador secundario.
Ventajosamente, los medios de interconexión
están constituidos por unos orificios de paso previstos entre la
caja colectora del intercambiador principal y la coja colectora del
intercambiador secundario, y por unas chapeletas que permiten abrir
o cerrar selectivamente esos orificios.
La chapeleta puede ser comandada por un
dispositivo elevador térmico compuesto por un elemento de dilatación
de cera accionado por una termistancia.
En una forma de realización concreta, el
dispositivo elevador está integrado en las tuberías de la caja de
agua.
Ventajosamente, los medios de interconexión son
aptos para constituir una configuración de arranque en frío que
comprende un bucle principal de arranque en frío y un bucle
secundario de arranque en frío aislados entre sí, estando el
radiador principal y el radiador secundario integrados en el bucle
secundario; y una configuración de funcionamiento normal en la cual
una circulación de fluido termoportador se efectúa de forma
intermitente entre el bucle principal de arranque en frío y el
bucle secundario de arranque en frío en función del estado de carga
del motor térmico.
En una variante particular, el sistema incorpora
una válvula termostática dispuesta sobre el bucle principal de
arranque en frío, efectuándose una circulación de fluida
termoportador entre el bucle principal de arranque en frío y el
bucle secundario de arranque en frío en función del estado abierto o
cerrado de la válvula termostática.
Ventajosamente también, los medios de
interconexión son, además, aptos para llevar a efecto una
configuración de carga fuerte en la cual la red principal y el
bucle secundario están aislados uno de otro, sirviendo el radiador
principal exclusivamente a la refrigeración de la red principal y
sirviendo el radiador secundario exclusivamente a la refrigeración
del bucle secundario.
Así, el radiador principal no está dimensionado
más que para disipar como mucho una determinada fracción, por
ejemplo un 80%, del flujo terminal máximo expulsado al agua por el
motor térmico.
Los medios de interconexión son, además, aptos
para realizar una configuración de carga muy fuerte en la cual se
lleva a cabo una circulación de fluido termoportador entre la red
principal y el bucle secundario, siendo la capacidad de
refrigeración del radiador secundario utilizada para refrigerar
simultáneamente el bucle secundario y el motor térmico.
Esta configuración de carga muy fuerte es
interesante porque permite disponer en la parte delantera del
vehículo un radiador principal más pequeño, por tanto menos costoso
de fabricar. Además, si el radiador principal es más pequeño, se
puede pensar en la posibilidad de un radiador secundario más grande
que asegure una mejor disipación de la energía térmica dentro del
circuito secundario, por lo tanto un mejor rendimiento, por ejemplo
del sistema de climatización del vehículo.
Otras características suplementarias u
opcionales de la invención se enumeran seguidamente:
- la red principal comprende una canalización de
motor sobre la cual están montados la bomba principal y el motor
térmico, una canalización de calefacción sobre la cual está montado
el aerotermo, una canalización de radiador principal sobre la cual
está montado el radiador principal y una canalización de
cortocircuito, estando la canalización de motor, la canalización de
calefacción, la canalización de radiador principal y la canalización
de cortocircuito montadas en paralelo.
- la canalización de motor, la canalización de
calefacción, la canalización de radiador principal y la canalización
de cortocircuito están montadas en paralelo entre un conducto y otro
conducto.
- un termostato está situado entre la
canalización de motor y el otro conducto.
- el bucle secundario comprende una canalización
de radiador secundario sobre la cual están montados el radiador
secundario y una bomba de circulación secundaria, y una
canalización.
- la red principal y el bucle secundario
incorporan cada uno un depósito de dilatación.
- la red principal y el bucle secundario
incorporan un depósito de dilatación común.
- la red principal comprende una canalización de
motor sobre la cual están montados la bomba principal y el motor
térmico, una canalización de calefacción sobre la cual está montado
el aerotermo, una canalización de radiador principal sobre la cual
está montado el radiador principal y una canalización de
cortocircuito, estando la canalización de motor, la canalización de
calefacción, la canalización de radiador principal y la canalización
de cortocircuito montadas en paralelo.
- la canalización de motor, la canalización de
calefacción, la canalización de radiador principal y la canalización
de cortocircuito están montadas en paralelo entre un conducto y otro
conducto.
- el bucle secundario comprende una canalización
de radiador secundario sobre la cual están montados el radiador
secundario y una bomba de circulación secundaria, y una
canalización.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán también de manifiesto tras la lectura de la descripción
que sigue efectuada con referencia a las figuras adjuntas. En estas
figuras:
- la Figura 1 es una vista esquemática de un
sistema de gestión de la energía térmica disipada por un motor
térmico de vehículo automóvil de acuerdo con la presente invención;
la Figura 1A representa los intercambiadores de equipo que forman
parte de la red principal; la Figura 1B representa los
intercambiadores de calor de equipo que forman parte del bucle
secundario;
- la Figura 2 representa una variante de los
intercambiadores de equipo que forman parte de la red principal;
- la Figura 3 representa una variante de los
intercambiadores de calor de equipo que forman parte del bucle
secundario;
- la Figura 4 es una vista esquemática del
sistema de gestión de la energía térmica de la Figura 1 en la
configuración de arranque en frío;
- la Figura 5 es una vista esquemática del
sistema de gestión de la energía térmica de la Figura 1 de la
configuración de funcionamiento normal;
- la Figura 6 es una vista esquemática del
sistema de gestión de la energía térmica de la Figura 1 de la
configuración de carga fuerte;
- la Figura 7 es una vista esquemática del
sistema de gestión de la energía térmica de la Figura 1 en una
configuración de carga muy fuerte;
- las Figuras 8 y 9 son vistas esquemáticas de
un sistema de gestión de la energía térmica de la invención que
incorpora una válvula termoestática de tres pasos y unos medios de
interconexión constituidos por dos válvulas de cuatro pasos;
- las Figuras 10 y 11 son vistas esquemáticas de
otro modo de realización de un sistema de gestión de la energía
térmica conforme con la invención en el cual los medios de
distribución están constituidos por una válvula única;
- las Figuras 12 a 14 son respectivamente una
vista exterior y dos vistas en corte de la válvula única del sistema
representado en las Figuras 10 y 11;
- la Figura 15 es una representación esquemática
de un sistema de gestión de la energía térmica de un motor de
vehículo automóvil que incorpora una válvula de cinco pasos dentro
de una configuración de arranque o de carga débil o media;
- la Figura 16 es una vista similar a la de la
Figura 15 en una configuración de carga fuerte o muy fuerte;
- la Figura 17 es una variante de realización de
la válvula que forma parte del sistema de las Figuras 15 y 16;
- las Figuras 18 y 19 son vistas esquemáticas de
una variante adicional de realización de un sistema de gestión de la
energía térmica de un motor de vehículo automóvil en el cual los
medios de interconexión están constituidos por una válvula única que
incorpora dos estratos;
- la Figura 20 es una vista exterior de la
válvula que incorpora unas tuberías distribuidas en dos estratos o
niveles;
- la Figura 21 es una vista desde la izquierda
de la válvula representada en la Figura 20;
- la Figura 22 es una vista desde atrás de la
válvula representada en la Figura 20;
- las Figuras 23 y 24 son dos vistas en
perspectiva de la válvula de las Figuras 20 y 21;
- las Figuras 25 y 26 son dos vistas en corte
según planos perpendiculares al eje XX de la válvula en la
configuración de carga débil correspondiente a la Figura 18, la
Figura 25 representa el nivel superior de la válvula, mientras que
la Figura 26 representa el nivel inferior de la válvula;
- las Figuras 27 y 28 son dos vistas en corte de
la válvula de dos niveles en el plano del eje XX en la configuración
de carga parcial;
- las Figuras 29 y 30 son dos vistas en corte
similares a las de las Figuras 25 y 26 representadas en la
configuración de carga fuerte;
- las Figuras 31 y 32 son dos vistas en corte de
la válvula similares a las de las Figuras 27 y 28, pero
representadas en configuración de carga fuerte;
- la Figura 33 es una representación esquemática
de un sistema de gestión de la energía térmica de un motor que
incorpora un radiador de baja temperatura y un radiador de alta
temperatura montados en paralelo;
- las Figuras 34 y 35 son, respectivamente, una
vista en alzado y una vista en corte de un módulo de intercambio de
calor que forma parte del sistema de gestión de la temperatura
representado en la Figura 33;
- la Figura 36 es una vista parcial en corte de
una variante de un módulo de intercambio de calor; y
- la Figura 37 es una vista en detalle de medios
de interconexión destinados a un módulo de intercambio de calor que
forma parte del sistema de gestión de la energía térmica de la
Figura 33.
En la Figura 1 se ha representado una vista de
conjunto de un sistema de gestión de la energía térmica liberada
por un motor térmico conforme con la presente invención. Este
sistema comprende una red principal, designada mediante la
referencia general 2, un bucle secundario, designado mediante la
referencia general 4 y unos medios de interconexión designados
mediante la referencia general 6, dispuestos entre la red principal
2 y el bucle
secundario 4.
secundario 4.
La red principal 2 comprende una canalización de
motor 8 conectada al motor eléctrico 10 del vehículo. Una bomba 12
metálica o eléctrica alimenta al circuito de refrigeración del motor
10 en forma de fluido termoportador, como se muestra de forma
esquemática mediante las flechas 14. La red principal comprende
igualmente una canalización de radiador 16 sobre la cual está
montado un radiador principal 18 atravesado por el fluido
termoportador. Una canalización de cortocircuito 20 está montada en
paralelo a la canalización de radiador 16.
La red principal 2 comprende así mismo una
canalización de calefacción 22 sobre la cual está montado un
aerotermo 24. Las canalizaciones 8, 16, 20 y 22 están conectadas a
unos conductos 26 y 28. Un termostato 30, o una válvula
termoestática eléctrica y/o neumática está montado en la conexión de
la canalización de motor 8 y del conducto 28. El termostato 30 es
sensible a la temperatura del líquido termoportador. Por debajo de
una temperatura de umbral, por ejemplo 100ºC, el termostato 30 está
cerrado y el fluido termoportador que sale del motor por la
canalización 8 es dirigido exclusivamente hacia el aerotermo 24. Por
el contrario, cuando la temperatura del fluido termoportador
sobrepasa este valor de umbral, el fluido puede circular por dentro
de los dos ramales del conducto 28 y dirigirse igualmente hacia el
radiador principal 18 y la canalización de cortocircuito 20.
Opcionalmente, la red principal 2 puede
incorporar un ramal 32 de intercambiadores de equipo si el vehículo
está equipado con unos equipos complementarios tales como un
refrigerador de aceite de circulación o de gas de escape. En este
caso, de acuerdo con la invención, estos equipos complementarios son
refrigerados, llegado el caso calentados, por medio de
intercambiadores de equipo, que intercambian el calor con el fluido
termoportador que circula por dentro de la red principal.
En el ejemplo representado en la Figura 1 la red
principal incorpora tres intercambiadores de equipo, a saber un
radiador de refrigeración de aceite 34, un calentador de carburante
36 montado paralelamente con el refrigerador de aceite 34 y un
refrigerador de gas de escape 38 montado en serie con el
refrigerador de aceite 34 (véase la Figura 1A). Son igualmente
posibles otras configuraciones en serie y/o en paralelo. Una
canalización de aceite 40 conduce el aceite caliente que proviene
del circuito caliente hasta el radiador de refrigeración de aceite,
y una canalización de salida de aceite 42 conduce el aceite
refrigerado hacia el circuito de aceite. De la misma forma, una
canalización de traída de carburante 44 conduce el carburante frío
hasta el calentador de carburante 36 y una canalización de salida
de carburante calentado 46 conduce el carburante hacia el motor.
Una cápsula termostática 48 permite interrumpir la derivación sobre
la cual está montada el calentador de carburante 36 en función de
la temperatura del carburante. Igualmente, una canalización 50
introduce los gases de escape calientes en el refrigerador de gas
de escape 38 y una canalización de salida 52 devuelve los gases de
escape enfriados a un colector de admisión. El refrigerador de gas
de escape 38 permite disminuir la contaminación del motor. Permite,
además, recuperar el calor de los gases de escape, lo que acelera la
elevación de temperatura del motor durante la fase de arranque.
Los intercambiadores 34, 36 y 38 han sido
rodeados por un rectángulo redondeado de líneas discontinuas 54 para
indicar que estos equipos son opcionales.
El bucle secundario 4 comprende una canalización
de radiador secundario 56 sobre la cual están montados una bomba de
circulación secundaria 58 eléctrica y un radiador secundario 60.
Comprende igualmente una canalización 62. De la misma manera que la
red principal 2, el bucle secundario 4 puede incorporar unos
radiadores destinados a refrigerar o eventualmente calentar unos
equipos secundarios del vehículo. En el ejemplo representado, el
vehículo comprende un circuito de climatización. El condensador 64
del circuito de climatización está montado dentro del bucle
secundario 4 (véase también la Figura 1B). Es refrigerado mediante
el intercambio de calor con el fluido termoportador que circula en
este bucle.
El vehículo está igualmente equipado con un
refrigerador de aire de sobrealimentación 66 (Figuras 1 y 1B) que
permite rebajar la temperatura del aire con carácter previo a su
introducción en el motor. Mientras que, generalmente, el
refrigerador de aire de sobrealimentación es un intercambiador
aire-aire, de acuerdo con la invención este
refrigerador 66 es un refrigerador aire - líquido. El aire de
sobrealimentación es enfriado por el intercambio de calor con el
ciclo de fluido de calor térmico que circula por el interior del
bucle secundario 4. El condensador de climatización 64 y el
refrigerador de aire de sobrealimentación 66 están montados en
paralelo o en serie. Estos dos intercambiadores han sido
representados rodeados por un triángulo redondeado con líneas
discontinuas 68 para indicar que son
opcionales.
opcionales.
La red principal 2 y el bucle secundario 4 están
unidos mediante los medios de interconexión 6 que permiten separar
la red principal del bucle secundario o, por el contrario, asegurar
una circulación de fluido entre ellos. En el ejemplo representado,
los medios de interconexión están constituidos por una válvula de
cuatro pasos 70 y por una primera válvula de tres pasos 72 y por
una segunda válvula de tres pasos 74. La válvula de cuatro pasos 70
y la primera válvula de tres pasos 72 están integradas en la red
principal 2. Están montadas sobre el conducto 26.
Un primer paso 70-1 de la
válvula 70 está unido a la canalización de cortocircuito 20, un
segundo paso 70-2 a la canalización 26, del lado
del motor térmico 10, un tercer paso 70-3 está
conectado a un conducto 76 que une la válvula de cuatro pasos 70 a
la segunda válvula de tres pasos 74. Por último, el cuarto paso
70-4 de la válvula 70 está conectado a la parte de
la canalización 26 que une la válvula 70 y la válvula 72.
La válvula 72 incorpora un primer paso
72-1 unido a la canalización del radiador principal
16, un segundo paso 72-2 unido al conducto 26 y un
tercer paso 72-3 conectado a la canalización de
radiador secundario 56.
Por último, la segunda válvula de tres pasos 74
incorpora un primer paso 74-1 unido a la
canalización 62, un segundo paso 74-2 unido al
conducto 76 y un tercer paso 74-3 unido a un
conducto 78 conectado en T a la canalización 56.
Las válvulas 70, 72 y 74 son conducidas por
medios sensibles a la temperatura, tales como las sondas de
temperatura que captan la temperatura del fluido termoportador en
diversos lugares de la red principal y del bucle secundario 4.
En la Figura 1, el radiador principal 18 y el
radiador secundario 60 han sido representados como dos elementos
separados. Una realización de este tipo es posible. Los dos
intercambiadores pueden estar dispuestos lado a lado o,
preferentemente, uno detrás del otro, para reducir el volumen
ocupado bajo el capó. Cuando los intercambiadores están dispuestos
uno detrás del otro, pueden formar parte de un módulo de intercambio
de calor que comprenda dos o más de dos intercambiadores que posean
álabes de refrigeración comunes.
Como una variante y de acuerdo con la invención,
el radiador principal 18 y el radiador secundario 60 pueden
ventajosamente formar parte de un módulo de intercambio de calor
multifuncional. Se designa con ello un módulo de intercambio de
calor que comprende dos o más de dos intercambiadores de calor
superpuestos de forma que sean atravesados entera o parcialmente
por un mismo flujo de aire. Cada intercambiador posee una caja
colectora de entrada y una caja colectora de salida. La caja
colectora de salida del primer intercambiador de calor comunica con
la caja colectora de entrada del segundo intercambiador de calor
mediante un orificio de paso. Unos medios de válvula permiten abrir
o cerrar este orificio de paso en función de ciertos parámetros del
sistema de gestión de la energía térmica, como la temperatura del
fluido termoportador en diversos puntos del circuito. Los medios de
válvula permiten así activar toda o parte de la capacidad de los
intercambiadores y, en consecuencia, hacer variar la capacidad de
refrigeración de los intercambiadores, para adaptarla de la forma
más ventajosa a las condiciones de carga del motor térmico.
En la Figura 2 se ha representado una variante,
designada mediante la referencia general 70, unos intercambiadores
de equipo de la red principal 2, y en la Figura 2 una variante,
designada mediante la referencia general 72, unos intercambiadores
de equipo del bucle secundario 4 del sistema de energía de un motor
térmico representado en la Figura 1. En la Figura 1, el
intercambiador 38 de refrigeración de los gases de escape está
implantado en la red general. Esta disposición se corresponde con
la disposición típica utilizada en los circuitos de refrigeración
actuales. Por el contrario, en las Figuras 2 y 3 el refrigerador de
gas de escape 38 está implantado entre los intercambiadores de
equipo (rectángulo con líneas discontinuas 72) del bucle secundario
4. Gracias a esta característica, los gases de escape son todavía
mejor enfriados, lo que lleva a reducir todavía más las emisiones de
contaminantes.
Ventajosamente, el radiador secundario 60 está
dispuesto delante del radiador principal 18, de tal forma que el
aire lo atraviesa primero. El radiador 60 es por lo tanto mejor
refrigerado que el radiador principal 18 porque el aire que penetra
en este último se ha calentado ya al atravesar el radiador
secundario 60. En consecuencia, la temperatura del fluido
termoportador en el bucle secundario 4 es más baja que la
temperatura de este mismo fluido de ciclo en la red principal 2. El
bucle secundario 4 constituye por tanto un bucle de baja temperatura
y el radiador 60 un radiador de baja temperatura. De la misma
forma, los intercambiadores de equipo 64 y 66 integrados en el
bucle de refrigeración secundario 4 constituyen unos
intercambiadores de baja temperatura. Al revés, el radiador
principal 18 es un radiador de baja temperatura, debiendo entenderse
el término alta en sentido relativo a la temperatura del fluido
existente en el bucle secundario 4. La red principal 2 constituye
una red de alta temperatura, y los intercambiadores 34, 36 y 38
integrados en la red principal 2 constituyen un grupo de
intercambiadores 54 de alta temperatura.
En la Figura 4 se ha representado el sistema de
gestión de la energía térmica de las Figuras 1 a 3 en la
configuración de arranque en frío. Es deseable que el motor térmico
10 alcance lo más rápidamente posible su temperatura de
funcionamiento normal después de su arranque. En efecto, el motor
está concebido para funcionar a esta temperatura, y especialmente
para contaminar menos la atmósfera. Por ello, el motor no es
refrigerado. Por el contrario es calentado, cuando es posible, con
el fin de acelerar su temperatura de calentamiento. El termostato o
la válvula termostática 30 está cerrado. Asimismo, el segundo paso
70-2 de la válvula 70 está cerrado. Se delimita así
un bucle principal dentro de la red principal 2. Este bucle
comprende la canalización de motor térmico 8, la canalización de
calefacción 22 y la parte de los conductos 26 y 28 que une estas dos
canalizaciones. En el caso de que la red principal incorpore uno o
varios intercambiadores de equipo, como se representa de forma
esquemática mediante el rectángulo redondeado con líneas
discontinuas 54, el bucle principal incorpora también el ramal 32 de
intercambiadores de equipo montado en paralelo con la canalización
de calefacción 22.
Los intercambiadores de equipo esquematizados
mediante el rectángulo 54 pueden comprender, por ejemplo, los tres
intercambiadores 34, 36 y 38 representados en la Figura 1, o también
los intercambiadores 34 y 36 representados en la Figura 2. Son
concebibles igualmente otras variantes. El fluido de ciclo
termoportador circula así en circuito cerrado. Si la calefacción
del vehículo, es decir el aerotermo, no está en funcionamiento, la
totalidad de la energía técnica liberada por el motor 10 sirve para
el calentamiento del motor. Si la red principal incorpora un
intercambiador de refrigeración de gas de escape 38, el calor de los
gases de escape es, además, recuperado para calentar aún más la
temperatura del fluido de ciclo termoportador y acelerar el
calentamiento del motor 10. Por otra parte, los pasos
74-1 y 74-2 de la válvula 74, los
pasos 70-1 y 70-3 de la válvula 70
y los pasos 72-1 y 72-3 de la
válvula 72 están abiertos (los otros pasos están cerrados).
Los medios de interconexión 6 delimitan así un
bucle de circulación secundario que comprende la canalización de
radiador y el radiador principal 18 o radiador de alta temperatura,
la canalización de cortocircuito 20 y la parte del conducto 28 que
une la canalización de radiador 16 y la canalización de
cortocircuito 20, la canalización 62 y la canalización de radiador
secundario o radiador de baja temperatura 60. La bomba de
circulación eléctrica 58 hace circular el fluido de ciclo
termoportador por dentro del bucle secundario en el sentido de las
agujas del reloj, como se muestra de forma esquemática mediante las
flechas 59. El bucle secundario puede comprender uno o varios
intercambiadores de equipo opcionales como se muestra de forma
esquemática mediante el rectángulo representado con líneas
discontinuas 68. Los intercambiadores pueden ser, por ejemplo, los
intercambiadores 64 y 66 representados en la Figura 1, o también
los intercambiadores 64, 66 y 38 representados en la Figura 3. Puede
comprender igualmente otros intercambiadores.
En esta configuración de arranque en frío, la
capacidad de refrigeración del radiador principal y del radiador
secundario 60 se suman para enfriar los equipos del grupo 68. Cuando
el vehículo está equipado con un sistema de climatización, la
eficacia de ésta resulta potenciada gracias a la eficacia del
enfriamiento del condensador de climatización 64. Si los
intercambiadores de equipo 68 comprenden un radiador de
refrigeración de gas de escape 38 (Figura 3), los gases de escape
son mejor refrigerados, lo que lleva a reducir las emisiones de
contaminantes.
En la Figura 5 se ha representado la
configuración del sistema de gestión de la energía térmica en la
configuración de funcionamiento normal. El termostato 30 asegura la
regulación de la circulación del fluido de ciclo termoportador en
torno a una temperatura de consigna, por ejemplo 100ºC. Cuando la
temperatura del fluido es inferior a 100ºC, el termostato 30 está
cerrado. El segundo paso de la válvula de cuatro pasos 70 conectada
a la parte superior del conducto 26 (según la Figura 5) está
igualmente cerrado. El sistema se encuentra por tanto en una
configuración exactamente idéntica a la configuración de arranque en
frío representada en la Figura 4.
Por el contrario, cuando la temperatura del
fluido de ciclo termoportador sobrepasa el valor de consigna, por
ejemplo 100ºC, el termostato se abre y el fluido caliente al salir
del motor térmico 10 se distribuye por los dos ramales del conducto
26. Una parte del fluido atraviesa el aerotermo 24 y los
intercambiadores de equipo 54. Otra parte del fluido termoportador
se dirige por la parte inferior del conducto 28 (según la figura)
hacia el radiador principal 18, como se muestra de forma esquemática
mediante la flecha 82. Esta flecha ha sido representada con líneas
discontinuas para indicar que la circulación es intermitente.
Cuando el termostato 30 está abierto, el segundo
paso 70-2 de la válvula 70 está igualmente abierto,
permaneciendo únicamente cerrado el cuarto paso
70-4 de esta válvula. El flujo de los dos fluidos
transmisores térmicos que llega por la canalización 62 se
distribuye entre la canalización de cortocircuito 20 y el conducto
26, como se muestra de forma esquemática mediante las flechas 84 y
86. El fluido frío que atraviesa la canalización de derivación se
vuelve a mezclar con el fluido caliente que sale del motor para dar
un fluido de temperatura media, por tanto enfriado. El radiador de
alta temperatura 18 contribuye por tanto al enfriamiento de los
equipos del bucle de baja temperatura 2. Otra parte del fluido, como
se muestra de forma esquemática mediante la flecha 86, es aspirado
por la bomba de circulación 12 para enfriar el motor térmico 10.
Esta fracción de descarga es poco importante, de tal forma que el
motor es poco enfriado. Por eso esta configuración no está adaptada
más que a una carga débil del motor térmico.
En la Figura 6 se ha representado el sistema de
configuración del sistema de gestión de la energía térmica
correspondiente a un funcionamiento crítico, es decir, a una carga
fuerte impuesta al motor 10. En esta configuración, el tercer paso
70-3 de la válvula 70 está cerrado, mientras que el
primer paso 70-1, el segundo paso
70-2 y el cuarto paso 70-4 están
abiertos. El primer paso 72-1 y el segundo paso
72-2 de la válvula 72 están abiertos y el tercer
paso 72-3 está cerrado. El primer paso
74-1 y el tercero paso 74-3 de la
válvula 74 están abiertos y el segundo paso 74-2
está cerrado. Dado que la carga del motor térmico es fuerte, la
temperatura del fluido termoportador es permanentemente superior al
valor de consigna y el termostato 30 está abierto de forma
permanente. El fluido termoportador se distribuye por los dos
ramales del conducto 28. Una parte del fluido circula a través del
aerotermo 24 y de los intercambiadores del grupo de alta
temperatura, la otra parte del fluido atraviesa el radiador de alta
temperatura 18. Después de haber sido enfriado, el fluido retorna al
motor por medio del conducto 26 y de la canalización de motor
térmico 8. La circulación entre la válvula de cuatro pasos 70 y la
válvula de tres pasos 74 es interrumpida. Así mismo, la circulación
entre la válvula de tres pasos 72 y la bomba secundaria 58 es
interrumpida porque el tercer paso de la válvula 72 está cerrado. El
fluido circula pues por dentro de dos bucles enteramente
separados.
Dentro del bucle secundario 4, el fluido
termoportador puesto en circulación por la bomba secundaria 58
atraviesa el radiador de baja temperatura 60 y, eventualmente, los
intercambiadores de equipo de baja temperatura mostrados de forma
esquemática mediante el rectángulo con líneas discontinuas 68, si
tales equipos existen. Así, en esta configuración, el radiador
principal 18 es utilizado exclusivamente para enfriar la red
principal 2 y el radiador de baja temperatura 60 es utilizado
exclusivamente para enfriar el bucle secundario 4.
En la Figura 7 se ha representado la
configuración del sistema de gestión de la energía térmica del motor
10 en un caso de funcionamiento muy crítico, es decir en un caso de
carga muy fuerte del motor. En esta configuración, el termostato 30
está por supuesto abierto de forma permanente, de tal forma que el
fluido de ciclo termoportador que abandona el motor térmico 10 se
distribuye entre el ramal de calefacción 22 dentro del cual se
encuentra el aerotermo 24 y, eventualmente, el ramal de
intercambiadores de equipo 32 de una parte, y la parte inferior
(según la figura) del conducto 26 unida a la canalización de
cortocircuito 20 y a la canalización de radiador 16. En esta
configuración, el primer paso de la válvula de cuatro pasos 70 unida
a la canalización de cortocircuito 20 está cerrado. Todos los demás
pasos de la válvula de cuatro pasos 70, a saber, los pasos segundo,
tercero y cuarto, están abiertos, los tres pasos de la primera
válvula 72 y los tres pasos de la segunda válvula de tres pasos 74
están igualmente abiertos todos.
El radiador de baja temperatura secundario 60
asegura la refrigeración de los equipos de baja temperatura del
bucle secundario 4 (rectángulo con líneas discontinuas 68). Sin
embargo, una parte del fluido que ha atravesado los
intercambiadores de equipo, por ejemplo el condensador de
climatización 64 y el radiador de aire de sobrealimentación 66, es
conducida por la canalización 76, y luego por el conducto 26 hacia
el motor térmico 10. Esta fracción del fluido relativamente fría
contribuye al enfriamiento del motor. Al contrario, una parte del
fluido enfriado después de su travesía por el radiador de alta
temperatura 18 es conducido por la canalización 56 hacia el
radiador de baja temperatura 60 dentro del cual se enfría todavía
más. Así, en esta configuración, la prioridad se concede a la
refrigeración del motor. El radiador principal de alta temperatura
18 es utilizado exclusivamente para la refrigeración del motor,
mientras que el radiador secundario de baja temperatura 60 sirve a
la vez para la refrigeración de los equipos del bucle de baja
temperatura y, de manera complementaria, para la refrigeración del
motor térmico 10.
Esta configuración es particularmente ventajosa
si el radiador principal de alta temperatura 18 no está dimensionado
para disipar, como mucho, más que una parte de la potencia térmica
máxima expulsada al agua por el motor, por ejemplo, un 80%. Durante
el funcionamiento normal o el funcionamiento de carga fuerte del
motor, el radiador principal basta para asegurar la refrigeración.
Por contra, en caso de carga muy fuerte del motor, el radiador de
baja temperatura asegura un complemento de enfriamiento que permite
evacuar la totalidad de la potencia térmica expulsada por el motor.
El radiador 18 de alta temperatura puede por tanto ser más pequeño y
menos costoso. Se reduce su voluminosidad bajo el capó del
vehículo. Por otro lado, el radiador secundario de baja temperatura
presenta un volumen más generoso, lo que mejora los rendimientos de
enfriamiento de los intercambiadores del grupo de baja temperatura
68, en particular del condensador de climatización.
En las Figuras 8 y 9, el sistema de gestión de
energía térmica de un motor 10 de vehículo automóvil está
constituido, por un lado, por una red principal, designada mediante
la referencia general 2, y por un bucle secundario, designado
mediante la referencia general 4, y por unos medios de
interconexión, designados mediante la referencia general 6,
dispuestos entre la red principal y el bucle secundario 4.
La red principal 2 comprende una canalización de
motor 8 conectada al motor térmico 10 del vehículo y una bomba 12,
mecánica o eléctrica, que alimenta el circuito de refrigeración del
motor (flecha 14) como fluido termoportador. La red principal
comprende igualmente una canalización de radiador 16 sobre la cual
está montado un radiador principal 18 que será descrito con mayor
detalle más adelante. Una canalización de cortocircuito 20, montada
en paralelo con la canalización de radiador 16, permite
cortocircuitar el radiador 18, como se muestra de forma esquemática
mediante la flecha 21.
La red principal 2 comprende igualmente una
canalización de calefacción 22 sobre la cual está montado un
aerotermo 24 y una válvula termostática de tres pasos designada
mediante la referencia general 30. La válvula 30 incorpora una
entrada 30-1 unida a la canalización de motor 8 y
dos salidas, 30-2 y 30-3 unidas
respectivamente a la canalización de cortocircuito 20 y a la
canalización de radiador de refrigeración 16. La válvula de tres
pasos podría ser sustituida por una válvula de tres pasos que
incorporara un cuarto paso 30-4 unido a la
canalización de calefacción 22, como se muestra de forma
esquemática en línea de puntos en las Figuras 8 y 9.
El bucle secundario 4 comprende una canalización
de radiador secundario 56 sobre la cual están montados una bomba de
circulación secundaria 58 eléctrica y un radiador secundario 60.
Comprende igualmente uno o varios intercambiadores de equipo
designados mediante la referencia general 68, destinados a enfriar o
eventualmente a calentar unos equipos secundarios del vehículo.
Estos intercambiadores pueden estar constituidos, como se describe
como referencia en las Figuras 1, 1A y 1B, por ejemplo por un
refrigerador de aire de sobrecalentamiento o por un condensador que
forme parte de un circuito de climatización del habitáculo del
vehículo automóvil.
La red principal y el bucle secundario 4 están
unidos por unos medios de canalización designados mediante la
referencia general 6 que permiten aislar la red principal 2 del
bucle secundario o, por el contrario, asegurar una circulación del
fluido termoportador entre esos dos circuitos. En el ejemplo
representado en las Figuras 8 y 9, los medios de interconexión
están constituidos por dos válvulas de cuatro pasos 150.
De acuerdo a una característica de la invención,
el radiador principal 18 está separado en dos partes, a saber una
parte 144 constitutiva de una sección de intercambio de calor de
alta temperatura utilizada para el enfriamiento de la red
principal, y particularmente del motor térmico 10, y una sección de
intercambio de calor 146 llamada sección atribuible, constituida
por los tubos del intercambiador 18 que no pertenecen a la sección
144. La sección de intercambio de calor de alta temperatura está
integrada de forma permanente en la red principal 2. Está montada
sobre la canalización 16 descrita anteriormente. Por el contrario,
la sección de intercambio de calor atribuible 146 puede estar
integrada, en función de la posición de los medios de interconexión
6, es decir de las dos válvulas de cuatro pasos 150, o bien en la
red principal de alta temperatura 2, o bien en el bucle secundario
de baja temperatura 4.
A continuación se describirá el funcionamiento
del sistema de gestión de la energía térmica representado en las
Figuras 8 y 9. Al arrancar el vehículo, el fluido de refrigeración
está frío. Es deseable alcanzar una temperatura de asentamiento
rápida del motor. Esta es la razón por la cual este último no está
frío. El paso 30-3 de la válvula termostática 30
está cerrado y el paso 30-2 está abierto, de tal
forma que el fluido termoportador circula en bucle cerrado, al
pasar por la canalización de cortocircuito 20 sin ser enfriado.
Además, el aerotermo 24 es alimentado de forma permanente por el
fluido termoportador caliente que sale del motor 10 con el fin de
calentar el habitáculo del vehículo automóvil. En la variante de
realización que incorpora una válvula de cuatro pasos representada
con trazos discontinuos en las Figuras 8 y 9, es posible interrumpir
la circulación del fluido termoportador dentro del aerotermo 24
cerrando el paso 30-4 de la válvula de cuatro pasos.
La totalidad del fluido termoportador transita en ese momento por
la canalización de cortocircuito 20.
Cuando el fluido termoportador ha alcanzado una
cierta temperatura, por ejemplo 90ºC, el fluido termoportador
circula de forma intermitente entre la canalización de cortocircuito
20 y la canalización de radiador de refrigeración 16, para que sea
enfriado en la sección de intercambio de calor de alta temperatura
144. En esta configuración de arranque en frío y de carga débil o
media, las válvulas 150 están en la posición representada en la
Figura 8. La sección de intercambio de calor atribuible 146 está
montada en paralelo con el radiador de refrigeración secundario de
baja temperatura 60. Las capacidades de refrigeración de la sección
146 y del radiador 60 se acumulan, lo que permite un mejor
funcionamiento de los intercambiadores de equipo 68, por ejemplo del
circuito de climatización.
Por encima de una determinada temperatura
crítica Tc del fluido de refrigeración del motor 10, por ejemplo
105ºC, es necesario enfriar más enérgicamente la red principal 2.
Los medios de interconexión, es decir las dos válvulas de cuatro
pasos 150 son entonces accionadas para obtener la configuración de
carga fuerte representada en la Figura 9 correspondiente a un
funcionamiento superior a la temperatura crítica Tc. En esta
configuración, como se ha mencionado anteriormente, la sección de
intercambio de calor de alta temperatura 144 permanece integrada en
la red principal 2. Sin embargo, la sección atribuible está montada
en paralelo a la sección 144 de tal forma que la totalidad de la
capacidad de enfriamiento del intercambiador principal beneficia a
la red principal 2. A este efecto, las válvulas 150 son dirigidas de
tal manera que el fluido que circula por dentro del bucle
secundario 4 transita por una canalización de derivación 152 que
rodea la sección de intercambio de calor atribuible 146 y,
simultáneamente, esta sección atribuible 146 está montada en
paralelo con la sección 144 sobre la canalización de intercambiador
de refrigeración 16 (flecha 156).
En las dos configuraciones que acaban de
describirse con referencia a las Figuras 8 y 9, las válvulas 150
determinan dos redes separadas, aisladas la una de la otra. La
sección de intercambio de calor atribuible 146 es atribuida o bien
a la red principal 2, o bien al bucle secundario 4, pero no es nunca
atribuida simultáneamente a las dos. Sin embargo, como se verá en
otros modos de realización, la sección atribuible puede ser común a
la red principal y al bucle secundario.
El paso de una configuración a otra de las
válvulas 150 está asegurado por unos medios de comando 151 que
actúan en función de al menos un parámetro de control del estado de
carga del motor 10 del vehículo. En el ejemplo descrito, este
parámetro de control es la temperatura del fluido de refrigeración
del motor. Sin embargo, este parámetro podría ser igualmente la
carga o el régimen del motor, la potencia expulsada por el motor
sobre el fluido de refrigeración, e incluso una combinación de
varios de estos parámetros. Los medios de comando 151 pueden ser
dirigidos eléctricamente, por aire a presión o también
termostáticamente.
En las Figuras 10 y 11 se ha representado otro
ejemplo de realización de un sistema de gestión de la energía
térmica de un motor 10 de vehículo automóvil. Como en el ejemplo
descrito con referencia a las Figuras 8 y 9, dicho sistema está
constituido por una red principal 2 y un bucle secundario 4 unidos
por unos medios de interconexión designados de manera general
mediante la referencia 6. La constitución de la red principal y del
bucle secundario es idéntica y las mismas referencias han sido
utilizadas para designar los mismos elementos. En consecuencia, no
serán descritos en detalle. El ejemplo descrito en las Figuras 10 y
11 se distingue por el hecho de que los medios de interconexión
están constituidos por una única válvula 160 cuya constitución ha
sido detallada en las Figuras 12, 13 y 14. La Figura 12 es una vista
exterior en perspectiva de la válvula 160. La válvula incorpora un
cuerpo designado mediante la referencia general 162 constituido por
una pared lateral cilíndrica 164 y por un fondo 166 (Figura 14). El
cuerpo 162 tiene forma general de revolución alrededor de un eje
XX. Incorpora seis tuberías 168 que desembocan axialmente en un
alojamiento cilíndrico 170 del eje XX. En el modo de realización
representado, los ejes 172 de las tuberías 168 son coplanares. Así
mismo, estas tuberías están distribuidas en un ángulo de 60º una
respecto de otra, en la periferia de la pared cilíndrica 164. Todas
estas tuberías desembocan en la pared cilíndrica 164. Ninguna está
situada sobre la pared de fondo 166.
En el interior del alojamiento cilíndrico 170,
está alojado un órgano rotatorio 174 de reglaje cuyo diámetro se
corresponde sustancialmente con el diámetro interno del alojamiento
cilíndrico 170. El órgano de reglaje 174 se prolonga mediante un
vástago 176 dirigido siguiendo el eje XX. Este vástago pasa a través
de una abertura central de la cubierta 178 de forma circular que
está atornillada sobre una brida 180 del cuerpo 162 de la válvula
por medio del tornillo de fijación 182 con interposición de una
junta tórica de estanqueidad 184 (Figura 14). El órgano rotatorio
14 puede ser arrastrado rotatoriamente alrededor del eje XX mediante
unos medios a motor (no representados) que pueden estar
constituidos, por ejemplo, por un motor de tipo paso a paso
susceptible de situar el órgano rotatorio 174 en una multiplicidad
de posiciones diferentes, bien por incrementos sucesivos, bien de
manera continua.
El órgano rotatorio 174 incorpora unos rebajes
186, tres en el ejemplo representado, aptos para poner las tuberías
168 en comunicación una con otra. Mediante una rotación del órgano
rotatorio en un ángulo de 60º en un sentido o en otro, pueden
ponerse en comunicación dos tuberías adyacentes diferentes.
En la Figura 10, el sistema de gestión de la
energía térmica del motor 10 ha sido representado en configuración
de arranque y de carga moderada. En esta sola configuración, la
sección de intercambio de alta temperatura 144 forma parte de la
red principal 2. El fluido de refrigeración transita por la
canalización de radiador 16 (flecha 23) a través de la sección de
intercambio de calor de alta temperatura 144 de la cual sale por la
canalización 190 unida al paso 160-1 de la válvula
de seis pasos 160. De ahí sale por el paso 160-2
unido al otro ramal de la canalización de radiador de refrigeración
16. El fluido termoportador vuelve entonces al motor 10, como se
muestra de forma esquemática mediante la fecha 192.
En esta configuración, la sección de intercambio
de calor atribuible 146 está integrada en el bucle secundario 4. El
fluido de refrigeración puesto en circulación por la bomba eléctrica
secundaria 58 atraviesa el intercambiador térmico 68, después el
radiador de refrigeración de baja temperatura 60. De ahí sale por la
canalización 194 unida al paso de entrada 160-5 de
la válvula de seis pasos 160. Sale de la válvula por el paso de
salida 160-6 unido a la canalización 196 que
penetra en la sección de intercambio de calor de alta temperatura
146. Después de haber atravesado la sección de alta temperatura
146, el fluido de refrigeración sale por la canalización 198
(flecha 199) para penetrar por el paso de entrada
160-3 en la válvula 160 y salir de éste por el paso
de salida 160-4 unido a la bomba de circulación 58.
Se comprueba así que el intercambiador de baja temperatura 60 y la
sección de intercambio de calor 146 están montados en serie y son
atravesados sucesivamente por el fluido de refrigeración.
En la Figura 11 se ha representado la
configuración del sistema de la Figura 10 por encima del valor
crítico Tc por ejemplo 105ºC, de la temperatura del fluido de
refrigeración del motor 10. En esta configuración, el fluido de
refrigeración penetra por la canalización de refrigeración 16
(flecha 23) dentro de la sección de intercambio de calor de alta
temperatura 144. De ahí sale por la canalización 190, como
anteriormente, unido al paso 160-1 de la válvula de
seis pasos 160. Sin embargo, en esta configuración, el órgano
rotatorio de reglaje 174 ha basculado 60º con relación a la
posición angular que ocupan en la configuración precedente, de tal
forma que el paso 160-1 está ahora unido al paso
160-6 y a la canalización 196 conectada a la entrada
de la sección de intercambio de alta temperatura 146. El fluido
abandona la sección 146 por la canalización 198 unida como
anteriormente al paso 160-3 de la válvula 160. Sin
embargo, en esta configuración, la salida del fluido de
refrigeración se efectúa por el paso 160-2 unido a
la canalización 16 a través de la cual el fluido de refrigeración
vuelve a la bomba 12 y al motor 10. Se constata así que en esta
configuración la sección de intercambio de calor de alta
temperatura 144 y la sección atribuible 146 son atravesadas
sucesivamente por el fluido de refrigeración y están las dos
integradas en la red principal 2.
El bucle secundario 2 no posee, como capacidad
de refrigeración, más que la del intercambiador de baja temperatura
60. A la salida de este intercambiador, el fluido circula por la
canalización 194 hasta el paso 160-5 de la válvula
unida al paso de salida 160-4 directamente conectado
a la bomba eléctrica 58. Así, igualmente en este ejemplo de
realización, el fluido termoportador circula por dentro de circuitos
aislados uno del otro.
En las Figuras 15 a 17 se ha representado una
variante de realización del sistema de gestión de la energía
térmica de un motor representado en las Figuras 10 a 14. En este
último modo de realización, el fluido termoportador de
refrigeración del motor, después de haber atravesado la sección de
intercambio de calor de alta temperatura 144, transita
necesariamente por la válvula 160, y ello cualquiera que sea la
configuración (carga moderada o carga fuerte del sistema) por la
canalización 190 (véanse las Figuras 10 y 11). En el modo de
realización de las Figuras 15 a 17, por el contrario, el fluido de
refrigeración del motor, después de haber atravesado la sección de
intercambio de calor de alta temperatura, vuelve directamente al
motor por la canalización de radiador de refrigeración 16 (véase la
flecha 211).
En las Figuras 15 y 16, sólo se representa la
parte inferior del sistema, siendo la parte superior idéntica a la
que ha sido descrita anteriormente con referencia a las Figuras 10 y
11.
En la configuración de arranque en frío y de
carga moderada representada en la Figura 15, en la cual únicamente
la sección de intercambio de calor de alta temperatura 144 está
integrada en la red principal 2, el fluido procedente de la salida
del motor mediante la canalización 16 (flecha 213) penetra en la
sección de intercambio 144, y a continuación, después de haber
atravesado esta sección vuelve directamente al motor por el otro
ramal de la canalización de refrigeración 16. Se advertirá que la
canalización de llegada 16 está unida a la válvula 210 de seis
pasos mediante la canalización 214. Sin embargo, en esta
configuración, el paso 210-6 de la válvula 210 está
cerrado, de tal forma que la canalización 214 constituye un paso sin
salida por el cual el fluido de refrigeración no puede circular.
Por lo que respecta al bucle secundario 4, el
fluido de refrigeración puesto en circulación por la bomba eléctrica
de agua 58 se distribuye entre el condensador 64 del circuito de
climatización del habitáculo del vehículo automóvil y el radiador
de refrigeración del carburante 65. La parte del fluido de
refrigeración que ha atravesado el condensador 64 penetra en la
válvula 210 por su paso 210-3 que está unido, en la
posición del órgano rotatorio de reglaje 174 correspondiente a esta
configuración y representado en la Figura 15, al paso
210-2 de la válvula. El fluido de refrigeración
penetra por la canalización 216 dentro de la sección de intercambio
de calor atribuible 146, a continuación vuelve por la canalización
218 hacia el paso 210-5 de la válvula 210. El fluido
sale por el paso 210-4 por la canalización 220 y
penetra en el radiador 60 de baja temperatura. En el ejemplo
representado, el radiador 60 está dividido en dos pasos
60-1 y 60-2. El fluido termoportador
recorre primero el paso 60-1 de derecha a izquierda
según la figura, y penetra en el radiador de aire de
sobrealimentación 66 por medio de la canalización 222. Después de
haber atravesado la canalización de aire de sobrealimentación, el
fluido de refrigeración atraviesa el segundo tramo
60-2 del radiador de baja temperatura 60 y el ciclo
se repite.
La fracción del fluido de refrigeración del
bucle secundario 4 de baja temperatura que ha atravesado el
intercambiador de refrigeración del carburante 65 atraviesa un
depósito de expansión de baja temperatura 226 por medio de la
canalización 228 antes de volver a incorporarse al tramo
60-2 del intercambiador 60 por la canalización
230.
En la configuración de carga fuerte o muy fuerte
representada en la Figura 16, el fluido de refrigeración procedente
del motor conducido por la canalización 16 (flecha 213) circula en
paralelo por el interior de intercambio de calor de alta
temperatura 144 y por el interior de la sección atribuible 146.
Atraviesa directamente la sección 144 por la canalización 16 y la
sección 146 transitando por la válvula de seis pasos 210. Penetra
por el paso 210-1 y sale por el paso
210-2 y la canalización 216 antes de volver al motor
por la canalización de retorno del ramal de refrigeración (flecha
211).
En esta configuración de carga fuerte o muy
fuerte, el fluido de refrigeración del bucle secundario 4, después
de haber atravesado el condensador 64, penetra en la válvula 210 por
el paso 210-3 y sale por el paso
210-4 para volver, por la canalización 220, al
tramo 60-1 del intercambiador de baja temperatura
60. A continuación el fluido transmisor térmico atraviesa el
radiador de aire de sobrealimentación 66 dentro del cual penetra
por la canalización 222 y del que sale por la canalización 224 para
atravesar, de izquierda a derecha según la figura, el tramo
60-2 del radiador 60. El ciclo se repite, la
circulación de la fracción del fluido de refrigeración que
atraviesa el radiador de refrigeración del carburante 65 y del
depósito de expansión de baja temperatura 226 no resulta
modificada.
Una canalización de derivación regulable 223,
interpuesta entre las canalizaciones 222 y 224, permite regular la
cantidad de fluido de refrigeración que atraviesa el radiador de
aire de sobrealimentación 66. Sin embargo, la canalización de
derivación regulable 223 podría ser suprimida en una variante de
realización.
Teniendo en cuenta el hecho de que el paso
210-6 de la válvula 210 está cerrado permanentemente
en el ejemplo de realización descrito con referencia a las Figuras
15 y 16, puede ser pura y simplemente suprimido. Se puede así
concebir una válvula que incorpore únicamente cinco pasos, como se
representa en la Figura 17. A estos pasos se les han otorgado las
referencias 240-1 a 240-5 y el paso
210-6 ha sido suprimido. En consecuencia, la forma
del órgano rotatorio de reglaje de la circulación del fluido de
refrigeración 174 ha sido modificada. Este órgano no incorpora más
que dos embolsamientos 186 en lugar de tres como en el ejemplo
descrito anteriormente. Sin embargo, esta modificación no es
indispensable y el órgano rotatorio podría incorporar igualmente
tres embolsamientos 186, por ejemplo en un deseo de estandarización
de las fabricaciones.
En las Figuras 18 y 19 se ha representado una
variante más de realización de un sistema de gestión de la energía
térmica de un motor de vehículo automóvil de acuerdo con la presente
invención. Este sistema es similar al que ha sido descrito y
representado con referencia a las Figuras 10 y 11. Se distingue de
ellas esencialmente por el hecho de que la válvula que realiza la
interconexión entre la red principal 2 y el bucle secundario 4
incorpora varios niveles, dos en el ejemplo representado, en lugar
de uno solo en el modo de realización de las Figuras 10 y 11. Las
tuberías de esta válvula, designada en conjunto mediante la
referencia 250, están distribuidas en dos niveles, a saber, un
nivel inferior designado mediante la referencia 254 y un nivel
superior designado mediante la referencia 252 (véanse las Figuras
18 y 19). Por una cuestión de claridad del dibujo, los niveles 252
y 254 han sido representados aislados uno de otro. Debe sin embargo
entenderse que se trata de una representación esquemática. En la
realidad, estos dos niveles están dispuestos uno encima del otro,
como se explicará con mayor detalle más adelante en la presente
descripción.
En las Figuras 20 a 25 se han representado
diferentes vistas exteriores de la válvula de comando 250. La Figura
20 es una vista exterior de la válvula según un plano perpendicular
a su eje longitudinal XX, la Figura 21 es una vista desde la
izquierda de la válvula representada en la Figura 20, la Figura 22
es una vista desde atrás de la válvula representada en la Figura
20. Las Figuras 23 y 24 son dos vistas en perspectiva que
representan la válvula 250 bajo dos ángulos opuestos. La Figura 23
representa la parte delantera de la válvula, es decir, la cubierta
de esta última, mientras que la Figura 24 representa la válvula
vista desde atrás, es decir, desde el fondo de su cuerpo 2.
La válvula incorpora un cuerpo cilíndrico 362
limitado por una pared de fondo 366 y una pared lateral cilíndrica
364 de eje XX. La pared lateral cilíndrica 364 delimita un
alojamiento cilíndrico 370 formado por una cubierta 218 que está
fijada por unos tornillos 222 (cuatro en el ejemplo representado)
sobre una brida o collarín 220 que forma parte del cuerpo 362. Una
junta de estanqueidad, por ejemplo una junta tórica 324, está
interpuesta entre la cubierta y la brida.
Como se puede apreciar en las diversas figuras,
el cuerpo 362 incorpora siete tuberías de entrada y/o salida. Estas
tuberías han sido designadas mediante las referencias 261 a 267.
Todas estas tuberías están conectadas a la pared lateral cilíndrica
364 del cuerpo. Cuatro tuberías, a saber las tuberías 261 a 264
pertenecen al nivel inferior 254 de la válvula 250. En otros
términos, están dispuestas próximas al fondo 366. Las tuberías 265,
266 y 267 pertenecen al nivel superior 252. En otros términos, están
más próximas al collarín 220 y a la cubierta 218.
Las Figuras 25 y 26, de un lado, 29 y 30, de
otro son vistas en corte de la válvula 250 según planos
perpendiculares al eje longitudinal XX de esta última. Las Figuras
25 y 29 corresponden a planos en corte tomados en el nivel superior
de la válvula, mientras que los cortes de las Figuras 26 y 30 pasan
por el plano inferior 254 de la válvula.
Las Figuras 25 y 26 representan la válvula en la
configuración de carga débil que corresponde a la representación de
la Figura 18, mientras que las Figuras 29 y 30 la representan en la
configuración de carga fuerte que corresponde a la Figura 19. Las
Figuras 27 y 28, de un lado, 31 y 32, de otro, son vistas en corte
de la válvula 250 por planos que incluyen el eje longitudinal XX.
Las Figuras 27 y 28 corresponden a una configuración de carga
parcial o carga débil, mientras que las Figuras 31 y 32 corresponden
a una configuración de carga fuerte.
Un órgano rotatorio, designado en su conjunto
mediante la referencia general 274, está dispuesto girando por el
interior del alojamiento cilíndrico 370 del cuerpo 362. Está montado
girando alrededor del eje longitudinal XX de la válvula 250.
Comprende un cuerpo macizo de eje XX, de forma general cilíndrica,
que se prolonga por un vástago 226 dirigido siguiendo el eje XX y
que pasa a través de una abertura central de la cubierta 218
(Figura 28). El órgano rotatorio es apto para ser arrastrado en
rotación alrededor del eje XX por unos medios motores no
representados, susceptibles de conducirlo hasta posiciones angulares
correspondientes a las diferentes configuraciones del sistema de
gestión de la energía térmica de la invención.
Tres embolsamientos han sido conformados en el
interior del cuerpo cilíndrico 274. Estos embolsamientos han sido
designados mediante las referencias 284, 286 y 288. El embolsamiento
284 se extiende sobre el nivel inferior y el nivel superior y es
apto para poner en comunicación uno con otro los tubos 264 y 265. Es
igualmente apto para comunicar con la tubería 261.
El embolsamiento 286 se extiende igualmente
sobre los dos niveles inferior 254 y superior 252. Presenta
esencialmente una forma de L. Es apto para poner en comunicación las
tuberías 261 y 266, así como las tuberías 262 y 263.
El tercer embolsamiento 288 está situado
únicamente en un nivel superior 252 del cuerpo del órgano rotatorio
274. Es apto para poner en comunicación los tubos 266 y 267. Por
último, el órgano rotatorio de reglaje incorpora un canal
transversal 290 que, en el ejemplo representado, lo atraviesa
diametralmente. Este canal está destinado a hacer bascular una
parte de uno de los circuitos dentro de la otra. Está situado en el
nivel inferior 254 del órgano rotatorio 274 (Figura 26).
La Figura 18 corresponde a la configuración del
sistema de gestión de la energía térmica para una configuración de
carga débil, por ejemplo una configuración en la cual un parámetro
tal como la temperatura del fluido de refrigeración del motor
térmico 10 es inferior a un valor crítico Tc, por ejemplo 105ºC. En
esta configuración, el radiador de refrigeración de alta
temperatura está constituido únicamente por la sección de
intercambio de calor de alta temperatura 144 que forma parte de la
segunda clase de tubos de calor del módulo de intercambio de calor
anteriormente descrito. En consecuencia, la sección de intercambio
de calor atribuible, que contempla la segunda fila de tubos del
módulo de intercambio de calor, forma parte del circuito de
refrigeración de baja temperatura. La válvula termostática de tres
pasos 30 está orientada de tal manera que el fluido de refrigeración
es dirigido hacia la tubería 264 perteneciente al nivel inferior
254 de la válvula de comando 250. El fluido de refrigeración pasa
desde el nivel inferior 254 hasta el nivel superior 252 por el
embolsamiento 284 el cual, como se ha expuesto anteriormente,
permite poner en comunicación estos dos niveles de comunicación. El
fluido sale por la tubería 265, que constituye entonces una tubería
de salida, para ser dirigido hacia la sección de intercambio de
calor de alta temperatura 144. Después de haber sido enfriado, el
fluido vuelve de la forma tradicional al motor 10, y la circulación
del fluido de refrigeración se repite.
Por lo que respecta al circuito de refrigeración
de baja temperatura, el fluido de refrigeración accionado por la
bomba de baja temperatura 58 atraviesa el intercambiador térmico 68
y penetra por la tubería 263, que constituye entonces una tubería
de entrada, dentro del nivel inferior 254 de la válvula de comando
250 de la invención. El fluido atraviesa el órgano rotatorio 274
gracias al canal transversal 290 y desemboca en la tubería 261
formando una tubería de salida.
El fluido penetra entonces en la sección de
intercambio de calor atribuible 146, y después de haber atravesado
esta sección de intercambio de calor, penetra en el nivel superior
252 de la válvula de comando por la tubería 267. En esta
configuración del circuito de refrigeración, el órgano rotatorio 274
está orientado angularmente de tal manera que el embolsamiento 286
se encuentra enfrente de la tubería de entrada 267. Como se ha
explicado anteriormente, el embolsamiento 286 permite hacer pasar
el fluido de un nivel a otro, en este caso del nivel superior 252
al nivel inferior 254. El fluido sale, pues, por la tubería 262, que
constituye entonces una conducción de salida, para penetrar en el
intercambiador de calor de baja temperatura 60. El fluido repite
entonces el mismo circuito.
En la Figura 19 se ha representado el sistema de
gestión de la energía térmica de la invención en una configuración
de carga fuerte o muy fuerte, por ejemplo una configuración en la
cual la temperatura del fluido de refrigeración es superior a un
valor crítico Tc, por ejemplo 105ºC. En esta configuración, es
necesario refrigerar más enérgicamente el motor térmico 10. A este
efecto, es necesario transferir la capacidad de refrigeración
atribuible 146 del circuito de refrigeración del bucle de
refrigeración de baja temperatura 4 a la red principal 2.
La válvula termostática de tres pasos está
orientada de tal manera que el fluido circula hacia la conducción
de entrada 264 que forma parte del nivel inferior 254 de la válvula
250. En esta configuración, la orientación del órgano 274 es
diferente. El embolsamiento 284 se encuentra enfrente de las
tuberías 264 y 265 pero sitúa igualmente en comunicación la tubería
de entrada 264 con la tubería 261. Hay pues una tubería de entrada,
a saber la tubería 264, y dos tuberías de salida, a saber las
tuberías 261 y 265. En este ejemplo, las tuberías no están
exclusivamente puestas en comunicación dos a dos, sino una tubería
está puesta simultáneamente en comunicación con dos tuberías
diferentes. El fluido de refrigeración sale del nivel superior 252
por la tubería de salida 265 para atravesar la sección de
intercambio de calor de alta temperatura 144 pero, además, una
parte del fluido de refrigeración sale por la tubería de salida 261
para atravesar la sección de intercambio de calor atribuible 146
que es así puesta en paralelo con la sección de intercambio de calor
de alta temperatura 144. Así, se suman las capacidades de
refrigeración 144 y 146 puestas en paralelo una con otra, lo que
permite refrigerar más enérgicamente el motor térmico 10 del
vehículo automóvil. Por lo que respecta al circuito de
refrigeración de baja temperatura (bucle secundario 4), el fluido de
refrigeración es puesto en circulación por la bomba eléctrica de
baja temperatura 58 y atraviesa el intercambiador térmico 68,
después penetra, por la conducción de entrada 263, en el nivel
inferior 254 de la válvula de comando 250, en la orientación angular
del ángulo rotatorio 274 representado en las Figuras 29, 30, 31 y
32. El embolsamiento 286 pone en comunicación la tubería 263 con la
tubería 262, de tal forma que el fluido penetra en la sección de
intercambio de calor de baja temperatura. Después de haber
atravesado la sección de intercambio de calor atribuible 146, el
fluido penetra en la válvula 250 por la tubería de entrada 266
situada en el nivel superior de la válvula, después en el
embolsamiento 288, y sale por la conducción 267 que constituye una
tubería de salida antes de volver, de la forma típica, a la bomba
de circulación de alta temperatura para atravesar de nuevo el motor
térmico del vehículo. La misma circulación del fluido se repite
entonces.
En las Figuras 33 a 37 se ha representado otro
modo opcional de realización de un sistema de gestión de la energía
térmica de un motor de vehículo automóvil. Este sistema comprende,
como los anteriores, una red principal 2 y un bucle secundario 4
unidos por unos medios de interconexión constituidos, en el ejemplo,
por dos válvulas 300. En este ejemplo, el radiador principal 18, o
radiador de alta temperatura, es de una sola pieza. No está
separado en una sección de alta temperatura y una sección atribuible
como se describe en determinados modos de realización precedentes.
El radiador secundario o radiador de baja temperatura 60 es también
de una sola pieza. Los radiadores 18 y 60 pueden ser fabricados
como radiadores separados. Pueden estar, como en el ejemplo
representado, dispuestos uno detrás de otro y atravesados por un
mismo flujo de aire, como se muestra de forma esquemática mediante
las flechas F. Esta disposición presenta la ventaja de reducir la
voluminosidad del conjunto. En este caso, el radiador de baja
temperatura 60 está dispuesto en la parte delantera del radiador 18
con relación al sentido de circulación del flujo de aire F con el
fin de ser mejor refrigerado.
Los intercambiadores 18 y 60 pueden igualmente
estar constituidos en forma de módulo de intercambio de calor que
incorporen unos álabes de refrigeración comunes. Una fila de tubos
del módulo constituye entonces el radiador de alta temperatura,
mientras que la otra fila de tubos constituye el radiador de baja
temperatura. Sin embargo, en otras realizaciones, el radiador de
baja temperatura (y/o el radiador de alta temperatura) puede estar
constituido por una fila de tubos y por una fracción de la otra fila
de tubos, para aumentar la capacidad de refrigeración. Los
radiadores 18 y 60 o las filas de tubos correspondientes a un módulo
de intercambio de calor están montados en paralelo con los bornes de
las válvulas de dos pasos 300.
En la Figura 34 se ha representado una vista
frontal y en la Figura 35 una vista en corte de un intercambio de
calor apto para formar parte del sistema representado en la Figura
3. Este módulo incorpora dos filas de tubos, unas cajas colectoras
de entrada 302 y de salida 304 situadas en los extremos de las filas
de tubos y separadas por un tabique medianero 306. Unas tuberías de
entrada 308 conectadas a las cajas colectoras de entrada 302
permiten la entrada del fluido de refrigeración en las cajas
colectoras, como se muestra de forma esquemática mediante las
flechas 310, mientras que las tuberías de salida 312 conectadas a
las cajas colectoras de salida 304 permiten la salida del fluido de
refrigeración fuera de las cajas colectoras, como se muestra de
forma esquemática mediante las flechas 314 (Figura 35). Dos
orificios de paso 316 están previstos dentro del tabique de
separación 306. Los orificios 316 pueden ser abiertos o cerrados por
unas chapeletas 318 montadas sobre los vástagos 320 activadas por
unos accionadores 322. El accionador puede estar constituido por un
dispositivo de elevación térmico compuesto por un elemento de
dilatación de cera accionado por una termistancia.
En la Figura 36 se ha representado una vista en
corte de un módulo de intercambio de calor similar al de las
Figuras 34 y 35, pero en el que el radiador de baja temperatura 60
ocupa la totalidad de la primera fila de tubos y la parte superior
de la segunda fila de tubos. El intercambiador de alta temperatura
18 ocupa, por su parte, la parte inferior de la segunda fila de
tubos. Así, en esta realización, la capacidad de refrigeración del
intercambiador de baja temperatura es superior a la del
intercambiador de alta temperatura. Una canalización de llegada del
fluido de baja temperatura 56 está unida a la parte superior de la
segunda fila de tubos, mientras que la salida del fluido de baja
temperatura está unida a la parte inferior de la primera fila de
tubos. La llegada y la salida de la canalización de radiador de
refrigeración 16, conectadas respectivamente a la salida y a la
entrada del bloque motor, están conectadas a la parte inferior de la
segunda fila de tubos. Los medios de intercomunicación (válvula
300) están montados en paralelo, respectivamente, entre las
canalizaciones de llegada y salida de los fluidos de alta y baja
temperaturas.
En la Figura 37 se ha representado una
realización concreta de los medios de interconexión. Comprenden una
accionador 322 constituido por un dispositivo elevador térmico 324 y
por una termistancia 326. La termistancia está unida a un conector
328 que recibe una señal eléctrica que permite accionar el
dispositivo elevador térmico. La chapeleta 318 es apta para obturar
un asiento 330 conformado en una canalización de salida de la
tubería de baja temperatura 332. Cuando la chapeleta 318 es
despegada del asiento 330, la tubería de baja temperatura 332
comunica con la tubería de alta temperatura 334. Un muelle de
retorno 336 permite presionar la válvula 318 en posición abierta
ofreciendo resistencia a la acción del dispositivo elevador térmico
324.
En una configuración de funcionamiento de carga
moderada del motor térmico, las válvulas 300 están cerradas, de tal
forma que la red principal 2 de baja temperatura y el bucle
secundario 4 de alta temperatura están aislados uno de otro. La
capacidad de refrigeración del motor térmico está constituida
únicamente por el radiador de alta temperatura y la capacidad de
refrigeración del bucle secundario 4 por el radiador de baja
temperatura 60. Por el contrario, en una configuración de carga
fuerte, las válvulas 300 están abiertas, de tal forma que el fluido
puede circular igualmente por dentro del radiador de baja
temperatura. Así, la capacidad de refrigeración de la red principal
resulta incrementada por la del radiador de baja temperatura. De la
misma forma, el fluido de baja temperatura del bucle secundario 4
puede circular dentro del radiador de alta temperatura 18. En esta
configuración, la red principal 2 y el bucle secundario no están
aislados el uno del otro sino que, por el contrario, el fluido de
refrigeración puede pasar de un bucle a otro.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo para conveniencia del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Aunque se haya tenido un gran cuidado
en recoger las referencias, no puede excluirse la presencia de
errores u omisiones y por ello la EPO declina cualquier
responsabilidad a este respecto.
\bullet US 5353757 A [0002]
Claims (35)
1. Sistema de gestión de la energía térmica
desarrollada por un motor térmico de vehículo automóvil que
comprende una red principal (2) equipada con una bomba principal
(12) para hacer circular un fluido termoportador entre el motor
térmico (10) y un radiador de refrigeración principal (18) que tiene
una superficie de intercambio y que intercambia calor con el aire
atmosférico exterior, comprendiendo, además, la red principal (2),
una canalización de cortocircuito (20) y una canalización de
calefacción (22) que incorpora un aerotermo (24), y un bucle
secundario (4) que incluye un radiador secundario (60) que tiene una
superficie de intercambio y una bomba secundaria (58),
caracterizado porque la red principal (2) y el bucle
secundario (4) están unidos por unos medios de interconexión (6) que
permiten hacer circular de manera controlada el fluido termoportador
entre la red principal (2) y el bucle secundario (4) o impedir esta
circulación en función del estado de carga del motor térmico
(10).
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de interconexión (6) son
aptos para constituir unas configuraciones de la red principal (2) y
del bucle secundario (4) tales que una parte o la totalidad de la
superficie de intercambio de calor del radiador principal (18) y/o
de la superficie de intercambio del radiador secundario (60) están
integradas selectivamente, ya sea de modo exclusivo a la red
principal (2), ya sea de modo exclusivo al bucle secundario (4), ya
sea simultáneamente a la red principal (2) y al bucle secundario (4)
en función de al menos un parámetro de control del estado de carga
del motor (10) del vehículo automóvil.
3. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque el parámetro de control es elegido entre
el grupo que comprende la temperatura del fluido termoportador de
refrigeración del motor, la carga motora, el régimen motor, la
potencia expulsada por el motor térmico (10) sobre el fluido
termoportador de refrigeración o una combinación de los valores de
estos diferentes parámetros.
4. Sistema según las reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque el paso de una configuración a otra se
efectúa mediante una variación continua de la superficie de
intercambio de calor.
5. Sistema según las reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque el radiador principal (18) y/o el
radiador secundario (60) están separados en al menos dos secciones
de intercambio de calor individuales (144, 146), efectuándose el
paso de una configuración a otra por incrementos mediante el paso de
una sección de intercambio de calor de un circuito a la otra.
6. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado porque las superficies de intercambio de calor
del intercambiador principal (18) integrado en la red principal (2)
y/o las superficies de intercambio de calor del intercambiador de
calor secundario (60) integrado en el bucle secundario (4) están
conectadas en paralelo unas con otras.
7. Sistema según la reivindicación 5,
caracterizado porque las superficies de intercambio del
intercambiador principal (18) integrado en la red principal (2) y/o
las superficies de intercambio de calor del intercambiador de calor
secundario (60) integrado en el bucle secundario (4) están
conectadas en serie unas con otras.
8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque la red principal (4) incorpora una
válvula termostática (30) de tres pasos (30-1,
30-2, 30-3), estando un primer paso
(30-1) conectado a una canalización de motor (8),
estando un segundo paso (30-2) conectado a una
canalización de cortocircuito (20), estando un tercer paso
(30-3) conectado a una canalización de radiador
principal.
9. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque la red principal (4) incorpora una
válvula termostática (30) de cuatro pasos (30-1,
30-2, 30-3, 30-4),
estando un primer paso (30-1) conectado a una
canalización de motor (8), estando un segundo paso
(30-2) conectado a una canalización de cortocircuito
(20), estando un tercer paso (30-3) conectado a una
canalización de radiador principal (16), estando un cuarto paso
(30-4) conectado a una canalización de calefacción
(22).
10. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 9, caracterizado porque el vehículo automóvil incorpora uno
o varios equipos en relación de intercambio térmico con el medio
exterior a ellos por medio de un intercambiador de calor de equipo
(34, 36, 38, 64, 66), estando el o los intercambiadores de calor de
equipo integrados en la red principal (2) y/o en el bucle secundario
(4), estando cada intercambiador de calor en relación de intercambio
térmico con el fluido termoportador.
11. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 10, caracterizado porque el radiador principal (18) y/o el
radiador secundario (60) forman parte de un módulo de intercambio de
calor que comprende un primer intercambiador de calor (18) y un
segundo intercambiador de calor (60) teniendo cada uno una caja
colectora de entrada y una caja colectora de salida, estando el
primero y el segundo intercambiadores de calor (18, 60) superpuestos
de forma que sean atravesados por un mismo flujo de aire,
comunicando la caja colectora de salida del primer intercambiador de
calor (18) con la caja colectora de entrada del segundo
intercambiador (60) por un orificio de paso, permitiendo unos medios
de válvula abrir o cerrar el orificio de paso.
12. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 11, caracterizado porque los medios de interconexión (6)
son aptos para constituir una configuración de arranque en frío que
comprende un bucle principal de arranque en frío y un bucle
secundario de arranque en frío aislados uno de otro, estando
integrados el radiador principal (18) y el radiador secundario (60)
en el bucle secundario de arranque en frío; y una configuración de
funcionamiento normal en la cual la circulación del fluido
termoportador se lleva a cabo de forma intermitente entre el bucle
principal de arranque en frío y el bucle secundario de arranque en
frío en función del estado de carga del motor térmico.
13. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 12, caracterizado porque incorpora una válvula termostática
(30) dispuesta sobre el bucle principal de arranque en frío,
llevándose a cabo una circulación de fluido termoportador entre el
bucle principal de arranque en frío y el bucle secundario de
arranque en frío en función del estado abierto o cerrado de la
válvula termostática (30).
14. Sistema según una de las reivindicaciones 12
y 13, caracterizado porque los medios de interconexión (6)
son, además, aptos para llevar a efecto una configuración de carga
fuerte, en la cual la red principal (2) y el bucle secundario (4)
están aislados uno del otro, sirviendo el radiador principal (18)
exclusivamente para la refrigeración de la red principal (2) y
sirviendo el radiador secundario (60) exclusivamente para la
refrigeración del bucle secundario (4).
15. Sistema según las reivindicaciones 12 ó 13,
caracterizado porque los medios de interconexión son, además,
aptos para llevar a efecto una configuración de carga muy fuerte en
la cual se efectúa una circulación de fluido termoportador entre la
red principal (2) y el bucle secundario (4), siendo utilizada la
capacidad de refrigeración del radiador secundario (60) para
refrigerar simultáneamente el bucle secundario (4) y el motor
térmico (10).
16. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 15, caracterizado porque los medios de interconexión
comprenden una válvula de cuatro pasos (70) y una primera y una
segunda válvulas de tres pasos (72, 74), estando la válvula de
cuatro pasos (70) y la primera válvula de tres pasos (72) integradas
en la red principal (2), estando la segunda válvula de tres pasos
(74) integrada en el bucle secundario (4).
17. Sistema de válvulas para llevar a efecto la
interconexión de una red principal (2) equipada con una bomba
principal (12) para hacer circular un fluido de ciclo termoportador
entre el motor térmico (10) y un radiador de refrigeración principal
(18) que intercambia calor con el aire atmosférico exterior, y un
bucle secundario (2) que incluye un radiador secundario (60) y una
bomba secundaria (58), caracterizado porque incorpora una
válvula de cuatro pasos (70) y una primera y una segunda válvulas de
tres pasos (72, 74), estando la válvula de cuatro pasos (70) y la
primera válvula de tres pasos (72) integradas en la red principal
(2), estando la segunda válvula de tres pasos (74) integrada en el
bucle secundario.
18. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 12, caracterizado porque el intercambiador principal (18)
está escindido en una sección de intercambio de calor de alta
temperatura (144) integrada de forma permanente y de manera
exclusiva en la red principal (2) y una sección de intercambio de
calor atribuible (146) que puede estar integrada ya sea en la red
principal (2) ya sea en el bucle secundario (4), estando el propio
intercambiador de calor secundario integrado de forma permanente en
el bucle secundario (2).
19. Sistema según la reivindicación 18,
caracterizado porque los medios de interconexión (6)
comprenden dos válvulas de cuatro pasos (150).
20. Sistema según la reivindicación 18,
caracterizado porque los medios de interconexión (6)
comprenden una única válvula de cinco pasos al menos (160, 210, 240,
250).
21. Sistema según una de las reivindicaciones 18
a 20, caracterizado porque la válvula de cinco pasos
comprende al menos un cuerpo (162) que incorpora una pared lateral
cilíndrica que delimita un alojamiento cilíndrico, al menos dos
tuberías (168) para la entrada y la salida del fluido dentro del
cuerpo (162), un órgano rotatorio (174) de reglaje montado que gira
alrededor de un eje (XX) dentro del alojamiento cilíndrico del
cuerpo (162) siendo este órgano rotatorio apto para adoptar
diferentes posiciones angulares para controlar la circulación del
fluido entre las tuberías.
22. Sistema según una de las reivindicaciones 20
ó 21, caracterizado porque las tuberías de la válvula están
distribuidas sobre un solo nivel.
23. Sistema según una de las reivindicaciones 20
ó 21, caracterizado porque las tuberías de la válvula están
distribuidas en varios niveles.
24. Sistema según una de las reivindicaciones 21
a 23, caracterizado porque el órgano rotatorio (174) de
reglaje incorpora unos embolsamientos (186) aptos para poner en
comunicación dos o más de dos tuberías una con otra.
25. Sistema según una de las reivindicaciones 18
a 24, caracterizado porque los medios de interconexión (6)
son aptos para constituir al menos una configuración de arranque en
frío y/o de funcionamiento de carga moderada en la cual la sección
de intercambio de calor atribuible (146) está integrada en el bucle
secundario (2) y una configuración de carga fuerte en la cual la
sección de intercambio de calor atribuible (146) está integrada en
la red principal (2).
26. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 11, caracterizado porque está constituido por un radiador
principal (18) y por un radiador secundario (60), incorporando cada
uno una sección de intercambio de calor única, permitiendo los
medios de interconexión (300) constituir ya sea una configuración de
carga débil y media en la cual el radiador principal (18) está
integrado exclusivamente en la red principal (2) y el radiador (60)
está integrado exclusivamente en el bucle secundario (60), ya sea
una configuración de carga fuerte en la cual el radiador principal
(18) y el radiador secundario (60) están montados en paralelo y
pertenecen simultáneamente a la red principal (2) y al bucle
secundario (4).
27. Sistema según la reivindicación 26,
caracterizado porque los medios de interconexión están
constituidos por unas válvulas (300) de dos pasos.
28. Sistema según una de las reivindicaciones 26
ó 27, caracterizado porque los medios de interconexión están
constituidos por unos orificios de paso (316) previstos entre la
caja colectora del intercambiador principal (18) y la caja colectora
del intercambiador secundario (60) y por unas chapeletas (318) que
permiten abrir o cerrar selectivamente estos orificios.
29. Sistema según la reivindicación 28,
caracterizado porque la chapeleta (218) está comandada por un
dispositivo elevador térmico (324) compuesto por un elemento de
dilatación de cera accionado por una termistencia (326).
30. Sistema según una de las reivindicaciones 28
ó 29, caracterizado porque el dispositivo elevador (324) está
integrado en las tuberías (332, 334) de la caja de agua.
31. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 16 y 18 a 30, caracterizado porque la red principal (2) y
el bucle secundario (4) incorporan cada uno un depósito de
expansión.
32. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 16 y 18 a 30, caracterizado porque la red principal (2) y
el bucle secundario (4) incorporan un depósito de expansión
común.
33. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 16 y 18 a 32, caracterizado porque la red principal (2)
comprende una canalización de motor (8) sobre la cual está montada
la bomba principal (12) y el motor térmico (10), una canalización de
calefacción (22) sobre la cual está montado el aerotermo (24), una
canalización de radiador principal (16) sobre la cual está montado
el radiador principal (18) y una canalización de cortocircuito (20)
estando la canalización de motor (8), la canalización de motor (22),
la canalización de radiador principal (16) y la canalización de
cortocircuito montadas en paralelo.
34. Sistema según la reivindicación 33,
caracterizado porque la canalización de motor (8), la
canalización de calefacción (22), la canalización de radiador
principal (16) y la canalización de cortocircuito están montadas en
paralelo entre un conducto (26) y otro conducto (28).
35. Sistema según una de las reivindicaciones 1
a 16 y 18 a 34, caracterizado porque el bucle secundario (4)
comprende una canalización de radiador secundario (56) sobre la cual
están montados el radiador secundario (60) y una bomba de
circulación secundaria (58), y una canalización(62).
Applications Claiming Priority (4)
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