ES2564941T3 - Dispositivo de admisión de aire con intercambiador térmico - Google Patents

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ES2564941T3 ES12740888.8T ES12740888T ES2564941T3 ES 2564941 T3 ES2564941 T3 ES 2564941T3 ES 12740888 T ES12740888 T ES 12740888T ES 2564941 T3 ES2564941 T3 ES 2564941T3
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Abstract

Dispositivo de admisión de aire, especialmente para vehículo automóvil, caracterizado por que el mismo comprende un intercambiador térmico (1) entre al menos dos fluidos, especialmente para vehículo automóvil, comprendiendo el citado intercambiador un haz (7) de intercambio térmico entre los citados fluidos, y un cárter (9) de recepción del citado haz (7), comprendiendo el citado dispositivo de admisión además un colector de admisión de aire (3) que recibe el citado intercambiador (1) y por que el citado colector de admisión (3) presenta una abertura (4) configurada para la inserción del citado intercambiador en el citado colector de admisión (3) y cerrada por el citado intercambiador (1) por ensamblaje mecánico, caracterizado por que el citado cárter (9) presenta una forma general sensiblemente en " U " con tres bordes levantados (11) en un mismo lado del citado cárter, y por que el citado intercambiador comprende además una junta de estanqueidad (15) de material plástico rígido que envuelve a los citados bordes levantados (11) y configurada para asegurar la estanqueidad entre el citado intercambiador y el colector de admisión, presentando la citada junta de estanqueidad (15) una forma general sensiblemente en " U: complementaria de los citados bordes levantados (11).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de admision de aire con intercambiador termico
La invencion concierne a un intercambiador termico especialmente para vehiculo automovil. La invencion concierne tambien a un dispositivo de admision de aire que comprende dicho intercambiador.
Un intercambiador termico, utilizado por ejemplo en la industria automovil, comprende elementos de intercambio termico y de circulacion de fluido por los cuales circulan fluidos que intercambian calor entre los mismos. Los elementos de intercambio termico pueden comprender por ejemplo tubos o placas, aletas de perturbacion de la circulacion de gas y/o perturbadores de circulacion de fluido u otros.
Se conocen tales intercambiadores utilizados en el ambito automovil, especialmente en el ambito de los motores termicos sobrealimentados.
En este caso, el intercambiador termico denominado tambien refrigerador de aire de sobrealimentacion (en abreviatura RAS), permite refrigerar el aire de sobrealimentacion del motor por intercambio termico con otro fluido como el aire exterior o un liquido como el agua del circuito de refrigeracion del motor, formando asi un intercambiador de tipo aire/aire o liquido/aire.
Tradicionalmente, el aire es recibido a nivel de un colector de admision, designado generalmente por el especialista en la materia con la denominacion inglesa « intake manifold ».
El colector esta fijado a la culata de la camara de combustion, es decir a la entrada de los cilindros. En funcion del regimen del motor, el aire puede ser o no refrigerado, todo o en parte.
De acuerdo con una solucion conocida, el intercambiador termico RAS es recibido en el colector y permite refrigerar el aire que le atraviesa.
A tal efecto, el colector presenta una cara de abertura que permite la introduccion del intercambiador RAS en su seno. Esta abertura es posteriormente cerrada por un capo de cierre.
Sin embargo, esta realizacion puede presentar inconvenientes de estanqueidad, lo que puede tener como consecuencia malas prestaciones de intercambio termico.
En efecto, una mala gestion de la estanqueidad entre el haz del intercambiador y el colector de admision, puede generar una fuga entre el haz y el colector, y asi provocar una disminucion significativa de las prestaciones
Por otra parte, el mantenimiento del intercambiador en el interior del colector puede no ser suficientemente eficaz.
La invencion tiene por objetivo proponer un intercambiador termico que presente una estanqueidad mejorada que permita optimizar las prestaciones del intercambiador, al tiempo que asegure un mantenimiento eficaz del intercambiador.
A tal efecto, la invencion tiene por objeto un intercambiador termico entre al menos dos fluidos, especialmente para vehiculo automovil, que comprende:
- un haz de intercambio termico entre los citados fluidos, y
- un carter de recepcion del citado haz,
caracterizado por que el citado carter presenta al menos un borde levantado, y por que el citado intercambiador comprende ademas una junta de estanqueidad de material plastico rigido, que envuelve al citado al menos un borde levantado y configurada para asegurar la estanqueidad entre el citado intercambiador y un recipiente que contiene al citado intercambiador.
El citado intercambiador puede ademas comprender una o varias caracteristicas siguientes, tomadas separadamente o en combinacion:
- la citada junta de estanqueidad es una junta de labio;
- la citada junta de estanqueidad esta fijada al citado al menos un borde levantado;
- el citado al menos un borde levantado presenta primeros medios de enganche que cooperan con segundos medios de enganche complementarios llevados por la citada junta de estanqueidad;
- la citada junta de estanqueidad esta realizada en un material plastico rigido de la familia de las poliamidas;
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- el citado carter presenta una forma general sensiblemente en « U » con tres bordes levantados en un mismo lado del citado carter, y la citada junta de estanqueidad presenta una forma general sensiblemente en « U » complementaria de los citados bordes levantados;
- el citado intercambiador esta configurado para refrigerar el aire de sobrealimentacion de un motor en un vehlculo automovil.
La invencion concierne tambien a un dispositivo de admision de aire, especialmente para vehlculo automovil, caracterizado por que el mismo comprende un intercambiador termico tal como el definido anteriormente as! como un colector de admision que recibe al citado intercambiador.
El citado dispositivo puede comprender ademas una o varias de las caracterlsticas siguientes, tomadas separadamente o en combinacion:
- el citado colector de admision presenta una abertura configurada para la insercion del citado intercambiador en el citado colector de admision y cerrada por el citado intercambiador por ensamblaje mecanico;
- la citada junta de estanqueidad esta interpuesta entre el citado carter del citado haz y el citado colector de admision;
- la citada junta de estanqueidad tiene la funcion, por una parte, de la estanqueidad entre el citado intercambiador y el citado colector de admision y, por otra, el guiado mecanico del citado intercambiador durante el ensamblaje del citado intercambiador al citado colector de admision;
- el citado dispositivo presenta una interferencia del orden de 0,1 mm a 0,25 mm entre la citada junta de estanqueidad y el cuerpo del citado colector que delimita una garganta de recepcion de la citada junta.
Otras caracterlsticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto de modo mas claro en la lectura de la descripcion que sigue, dada a tltulo de ejemplo ilustrativo y no limitativo, y de los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en despiece ordenado en perspectiva que representa un intercambiador termico y una junta de estanqueidad del intercambiador,
- la figura 2 es una vista en despiece ordenado de un dispositivo de admision, que representa en perspectiva un intercambiador termico y un colector de admision,
- la figura 3a es una vista en corte parcial del intercambiador que muestra un sistema de enganche de acuerdo con una primera variante de realizacion,
- la figura 3b es una vista segun el corte A-A de la figura 3a,
- la figura 4a es una vista en corte parcial del intercambiador que muestra un sistema de enganche de acuerdo con una segunda variante de realizacion,
- la figura 4b es una vista segun el corte A-A de la figura 4a,
- la figura 5 es una vista en corte del dispositivo de admision que representa la junta de estanqueidad recibida en una garganta del colector de admision.
En estas figuras, los elementos sensiblemente identicos llevan las mismas referencias.
La invencion concierne a un intercambiador termico. En la figura 1 se ha representado un intercambiador termico de este tipo designado por la referencia general 1.
Dicho intercambiador 1 puede ser utilizado en particular para refrigerar el aire de sobrealimentacion para motor termico de vehlculo automovil.
En este caso, el intercambiador 1 puede estar dispuesto en el interior de un colector 3 de admision de aire, denominado de otro modo repartidor de gas de alimentacion, como ilustra la figura 2.
Para esto, el colector 3 puede presentar una abertura lateral 4 que permite la insercion del intercambiador 1 en su seno. El ensamblaje puede hacerse por insercion del intercambiador 1 en el colector 3 a traves de la abertura 4 asociada del colector 3 por ejemplo segun el sentido longitudinal del intercambiador 3.
El colector 3 esta montado generalmente en la culata y permite la admision del aire de sobrealimentacion en la culata.
El colector 3 de admision de aire y el intercambiador 1 recibido en el colector 3 forman un dispositivo 5 de admision de aire de sobrealimentacion.
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Por otra parte, el intercambiador 1 puede ser un intercambiador denominado « aire-agua », es decir un intercambiador en el cual los fluidos que intercambian calor son el aire y el agua.
En el caso de una refrigeracion de aire de sobrealimentacion; el agua es preferentemente el agua del circuito de refrigeracion denominado de « baja temperatura » del citado motor; se trata tlpicamente de agua glicolada.
De acuerdo con el modo de realizacion ilustrado en la figura 1, el intercambiador 1 presenta una forma general sensiblemente paralelepipedica.
Este intercambiador 1 comprende:
- un haz 7 de intercambio termico entre un primer fluido tal como el aire de sobrealimentacion y un segundo fluido tal como el llquido de refrigeracion,
- un carter 9 de recepcion del haz de intercambio 7, que presenta bordes levantados 11,
- un capo 13 de cierre del carter 9, y
- una junta de estanqueidad 15 de material plastico rlgido que envuelve los bordes levantados 11 del carter 9.
El haz de intercambio
De acuerdo con el modo de realizacion ilustrado, el haz 7 de intercambio termico presenta una forma general sensiblemente paralelepipedica con dos caras laterales grandes 7a, 7b, dos caras laterales pequenas 7c, 7d y dos caras terminales 7e, 7f.
Este haz 7 puede comprender de modo clasico un apilamiento de placas o de tubos, que delimitan primeros canales de circulation del primer fluido y segundos canales de circulation del segundo fluido.
El primer fluido atraviesa por ejemplo los primeros canales en el sentido longitudinal del haz 7 y el segundo fluido atraviesa por ejemplo los segundos canales transversalmente de la primera cara terminal 7e hacia la segunda cara terminal opuesta 7f por ejemplo.
En los primeros canales se pueden prever aletas de perturbation, de modo que perturben la circulacion del aire en estos primeros canales al aumentar la superficie de intercambio. Como alternativa o como complemento, se pueden prever turbuladores (no representados) del segundo fluido que circula por los segundos canales, de manera que se mejore el intercambio termico.
Estas perturbaciones permiten facilitar los intercambios termicos entre el aire y el agua a traves de las paredes de las placas o de los tubos.
El intercambiador 1 comprende ademas tuberlas de entrada 17 y de salida 19, para la admision del segundo fluido en el haz 7 y la salida del segundo fluido despues de haber circulado por los segundos canales. Estas tuberlas 17, 19 comunican con aberturas (no representadas) previstas en las placas o tubos del haz 7 para permitir la circulacion del segundo fluido en el haz 7.
Carter
Como se dijo anteriormente, el carter 9 recibe el haz de intercambio 7.
El carter 9 presenta una forma abierta, en el ejemplo ilustrado, a nivel de una cara lateral pequena 7d del haz 7.
De acuerdo con el modo de realizacion ilustrado, siendo el haz 7 paralelepipedico, el carter 9 presenta una forma complementaria sensiblemente en « U ». Esta forma en « U » permite cubrir las dos caras laterales grandes 7a, 7b y una cara lateral pequena 7c del haz 7.
Las caras terminales 7e, 7f del haz 7 no estan cubiertas por el carter 9 para permitir la circulacion del primer fluido, tal como el aire de sobrealimentacion.
Por otra parte, a fin de permitir la admision del segundo fluido en los segundos canales, el carter 9 presenta orificios asociados (no visibles en las figuras) que comunican respectivamente con las tuberlas de entrada 17 y de salida 19 y con las aberturas previstas en el haz 7.
El carter 9 comprende ademas uno o varios bordes levantados 11 en un mismo lado del carter 9, como ilustra la figura 1. Estos bordes levantados 11 estan por tanto en saliente con respecto al plano general definido por las caras del carter 9.
Una junta de estanqueidad 15 de plastico rlgido envuelve estos bordes levantados 11 como ilustra la figura 2.
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Como ejemplo de material plastico rlgido para la junta de estanqueidad 15, se pueden citar, poliamidas tales como PA 6 para policaprolactano, o tambien PA 6-6 para polihexametileno adipamida.
Una junta de estanqueidad 15 rlgida de este tipo participa en la resistencia mecanica del intercambiador 1 haciendo una funcion de rigidizador. La junta de estanqueidad 15 desempena ademas una funcion de amortiguador.
Los bordes 11 levantados son por tanto insertados en la junta 15 rlgida, por ejemplo por deslizamiento segun el sentido longitudinal del haz 7.
En el ejemplo ilustrado en la figura 1, el carter 9 es sensiblemente en « U » y presenta tres bordes 11 levantados.
La junta de estanqueidad 15 presenta por tanto una forma complementaria sensiblemente en « U » para envolver estos tres bordes levantados 11.
La junta 15 rlgida, una vez ensamblada a los bordes levantados 11 queda fijada a estos bordes 11.
Como ilustran las figuras 3a, 3b y 4a, 4b, la fijacion puede hacerse por enganche.
A tal efecto, se puede prever un sistema de enganche que comprenda primeros y segundos medios de enganche complementarios llevados, por una parte, por los bordes levantados 11 del carter 9 y, por otra, por la junta 15 rlgida.
Los primeros y segundos medios de enganche complementarios pueden ser llevados indiferentemente por los bordes levantados 11 o por la junta 15.
De acuerdo con una primera variante representada de modo esquematico en las figuras 3a, 3b, un borde levantado 11 presenta un primer medio de enganche tal como una lengueta 21 de enganche y la junta 15 presenta un segundo medio de enganche complementario tal como un orificio 23 en el cual se inserta la lengueta de enganche 21.
En este ejemplo, la lengueta de enganche 21 es llevada por una pared lateral del borde levantado 11, es decir en el lado del borde levantado 11.
De modo complementario, el orificio 23 esta previsto en una pared lateral de la junta 15, es decir en el lado de la junta 15, de modo que se encuentre enfrente de la lengueta 21 durante el ensamblaje de la junta 15 al borde levantado 11.
De acuerdo con una segunda variante de realizacion representada de modo esquematico en las figuras 4a, 4b, el borde levantado presenta un primer medio de enganche tal como un teton 25 y la junta 15 presenta un segundo medio de enganche complementario tal como una pata de enganche 27.
En este ejemplo, la pata 27 presenta un orificio 29 y un tope 31; el orificio 29 se coloca enfrente del teton 25 y el tope 31 se apoya contra el borde del teton 25 durante el ensamblaje de la junta 15 con el borde levantado 11.
De acuerdo con esta segunda variante, el primer medio de enganche esta formado en una pared terminal del borde levantado 11, aqul en la parte superior del borde levantado 11, refiriendose a las figuras 4a, 4b. El segundo medio de enganche esta configurado para encontrarse enfrente del primer medio de enganche.
Asl, cuando el intercambiador 1 es insertado en el colector 3 por ejemplo por deslizamiento a traves de la abertura 4 asociada del colector 3 segun el sentido longitudinal del haz 7, la junta de estanqueidad 15 rlgida fijada a los bordes levantados 11 del carter 9, asegura, ademas de su funcion de estanqueidad, una funcion de guiado mecanico para el ensamblaje.
A nivel del colector 3 puede estar previsto un medio de guiado complementario.
Para el ensamblaje del intercambiador 1 en el colector 3, la junta 15 entra en contacto con el cuerpo del colector 3, como se ve mejor en la figura 5.
De modo mas preciso, la junta 15 se aloja en una garganta 33 del colector 3. La junta de estanqueidad 15 esta por tanto interpuesta entre el cuerpo del colector 3 y los bordes levantados 11 del carter 9 del haz 7.
Ademas, la junta de estanqueidad 15 es por ejemplo una junta de labio 35.
En el estado libre, o tambien comprimido del labio 35 de la junta 15, se preve un intervalo de valores para la interferencia i entre la junta 15 y el cuerpo que delimita la garganta 33 del colector 3. Este intervalo de valor es determinado antes de la compresion del labio 35 de la junta y define una interferencia minima y una interferencia maxima, que permite garantizar el contacto entre la junta 15 y el cuerpo del colector cuando la junta 15 esta comprimida.
Se entiende por « interferencia », el valor de rebasamiento de las dimensiones de la junta de estanqueidad 15 con respecto a las dimensiones de la garganta de recepcion 33 de la junta de estanqueidad 15. En efecto, para
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garantizar el contacto entre la junta 15 y el cuerpo del colector 3, la junta 15 presenta en el estado no comprimido, dimensiones superiores a las dimensiones de la garganta de recepcion 33.
A tltulo de ejemplo, para una junta 15 de labio de PA6, la interferencia minima puede ser del orden de 0,1 mm y la interferencia maxima puede ser del orden de 0,25 mm.
El labio 35 en el ejemplo ilustrado, rebasa por tanto un valor comprendido entre 0,1 mm y 0,25 mm las dimensiones de la garganta 33.
En el estado comprimido, la junta 15 de labio esta por tanto siempre en contacto con el cuerpo del colector 3.
Capo de cierre
Como se preciso anteriormente, el intercambiador 1 comprende ademas un capo 13 de cierre lateral del carter 9 (veanse las figuras 1 y 2).
El capo 13 esta por tanto ensamblado enfrente de una cara lateral 7d del haz 7 cerrando la abertura del carter 9.
El capo 13 cubre la cara lateral pequena 7d del haz 7 as! como las extremidades del carter 9. De este modo, el carter 9 se encuentra intercalado entre el haz 7 y el capo 13.
El capo 13 presenta por tanto una forma complementaria de la del carter 9. De acuerdo con el modo de realizacion ilustrado con un carter 9 sensiblemente en « U », el capo 13 presenta una forma general complementaria sensiblemente « U » .
Ademas, en el caso de un dispositivo de admision con un intercambiador 1 recibido en un colector 3, el capo 13 permite igualmente cerrar la abertura 4 del colector 3 prevista para la insertion del intercambiador 1 en el colector 3.
El capo 13 participa por tanto en la resistencia del haz 7 de placas o de tubos y de eventuales perturbadores o turbuladores y asegura tambien el mantenimiento del intercambiador 1 en el interior del colector 3 de admision de aire o en otro cualquier recipiente que contenga al intercambiador 1.
Por otra parte, las tuberlas de entrada 17 y de salida 19 estan fijadas al capo 13. A fin de permitir la distribution del segundo fluido, el capo 13 presenta por tanto a nivel de las tuberlas 17, 19, orificios 37, 39 respectivamente asociados a las tuberlas 17, 19 y de formas complementarias de la forma de las tuberias 17, 19.
Estos orificios 37, 39 comunican con los orificios asociados previstos en el carter 9, asi como con las aberturas correspondientes (no visibles en las figuras) del haz 7 para permitir la circulation del segundo fluido en los segundo canales.
Ademas, el capo 13 puede presentar un reborde periferico 41 plegado. Este reborde 41 es por ejemplo plegado sensiblemente a 90°.
Este reborde 41 forma por ejemplo un saliente con respecto al carter 9 y al haz 7.
En el caso de un dispositivo de admision 5 que comprende tal intercambiador 1 recibido en un colector 3, la estanqueidad entre el intercambiador 1 y el colector 3 puede hacerse a nivel de este reborde periferico 41.
A tal efecto, se pueden prever medios de estanqueidad (no representados) a nivel del reborde periferico 41.
Ademas, el capo de cierre lateral 7 puede presentar tambien por ejemplo medios de fijacion 43 al colector 3 de admision de aire (no representado), que cooperen con medios de fijacion complementarios (no representados) llevados por el colector 3.
Esta fijacion puede hacerse por ejemplo por soldadura, pegado y/o por atornillamiento o tambien enganche.
En el ejemplo ilustrado, los medios de fijacion 43 estan previstos en el reborde periferico 41 del capo 13 enfrente de una cara lateral del colector 3 que delimita la abertura 4 por la cual el intercambiador 1 es insertado en el colector 3.
El capo 13 asegura asi a la vez el mantenimiento del intercambiador 1 en el interior del colector 3 y la fijacion del intercambiador 1 al colector 3.
Se comprende por tanto que un intercambiador 1 y un dispositivo de admision de aire 5 correspondiente, que comprende una junta de estanqueidad 15 rigida que envuelve los bordes levantados del carter 9, permite mejorar la estanqueidad al tiempo que asegura el guiado mecanico del intercambiador 1 durante su insercion en el colector 3 de admision de aire.
Tal junta de estanqueidad 15 rigida permite por tanto garantizar un posicionamiento preciso y repetible al tiempo que asegura la estanqueidad.

Claims (8)

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    30
    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de admision de aire, especialmente para vehlcuio automovil, caracterizado por que el mismo comprende un intercambiador termico (1) entre al menos dos fluidos, especialmente para vehlcuio automovil, comprendiendo el citado intercambiador un haz (7) de intercambio termico entre los citados fluidos, y un carter (9) de recepcion del citado haz (7), comprendiendo el citado dispositivo de admision ademas un colector de admision de aire (3) que recibe el citado intercambiador (1) y por que el citado colector de admision (3) presenta una abertura (4) configurada para la insertion del citado intercambiador en el citado colector de admision (3) y cerrada por el citado intercambiador (1) por ensamblaje mecanico,
    caracterizado por que el citado carter (9) presenta una forma general sensiblemente en « U » con tres bordes levantados (11) en un mismo lado del citado carter, y por que el citado intercambiador comprende ademas una junta de estanqueidad (15) de material plastico rlgido que envuelve a los citados bordes levantados (11) y configurada para asegurar la estanqueidad entre el citado intercambiador y el colector de admision, presentando la citada junta de estanqueidad (15) una forma general sensiblemente en « U: complementaria de los citados bordes levantados (11).
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la citada junta de estanqueidad (15) es una junta de labio (35).
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la citada junta de estanqueidad (15) esta fijada al citado al menos un borde levantado (11).
  4. 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que el citado al menos un borde levantado (11) presenta primeros medios de enganche (21, 25) que cooperan con segundos medios de enganche complementarios (23, 27) llevados por la citada junta de estanqueidad (15).
  5. 5. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que la citada junta de estanqueidad (15) esta realizada en un material plastico rlgido de la familia de las poliamidas.
  6. 6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que la citada junta de estanqueidad (15) esta interpuesta entre el citado carter (9) del citado haz (7) y el citado colector de admision (3).
  7. 7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la citada junta de estanqueidad (15) tiene la funcion:
    - por una parte, de la estanqueidad entre el citado intercambiador (1) y el citado colector de admision (3), y
    - por otra, el guiado mecanico del citado intercambiador (1) durante el ensamblaje del citado intercambiador (1) al citado colector (3).
  8. 8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el mismo presenta una interferencia (i) del orden de 0,1 mm a 0,25 mm entre la citada junta de estanqueidad (15) y el cuerpo del citado colector (3) que delimita una garganta (33) de recepcion de la citada junta (15).
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