Dispositivo para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna.

Dispositivo (1) para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor (3) de combustión interna,

caracterizado porque dicho dispositivo (1) comprende:

- una bomba de circulación de agua que comprende un cuerpo (2) que define un alojamiento (16) para un rotor (15) con álabes que gira alrededor de un eje (4), accionándose dicho rotor (15) mediante el árbol (3') de dicho motor (7) por medio de una transmisión (101) mecánica;

- una cámara (8) de succión que define una sección (8') de admisión para dicho rotor (15), teniendo dicha cámara (8) un desarrollo circular alrededor de dicho eje (4);

- un colector (50) de agua que puede conectarse a la salida de un radiador (40) de dicho circuito de refrigeración;

caracterizado porque el dispositivo (1) comprende además

- un primer conducto (5) que alimenta dicha cámara (8) conectado a una primera salida de dicho colector (50) con el fin de que a través del mismo pase un primer flujo de agua, estando conectado dicho primer conducto (5) a dicha cámara (8') de succión por medio de una primera abertura (5') de dicha cámara (8) que define una entrada axial para dicho primer flujo en dicha primera cámara (8);

- un segundo conducto (6) que alimenta dicha cámara (8) conectado a una segunda salida de dicho colector (50) con el fin de que a través del mismo pase un segundo flujo de agua, estando conectado dicho segundo conducto (6) a dicha cámara (8') de succión por medio de una segunda abertura (6') de dicha cámara (8) que define una entrada tangencial de modo que dicho segundo flujo de agua se somete a un giro alrededor de dicho eje (4) dentro de dicha cámara (8);

- medios (9) de partición de caudal adecuados para variar el caudal del agua que circula en dicho primer conducto (5) y en dicho segundo conducto (6) en función de las condiciones de funcionamiento de dicho motor.

Dispositivo para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de la producción de vehículos industriales, tales como por ejemplo vehículos y/o camiones comerciales. De manera más precisa, la invención se refiere a un dispositivo para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna, preferiblemente, pero no exclusivamente, de tipo diésel. La presente invención se refiere además a un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna que comprende tal dispositivo y a un vehículo comercial y/o industrial que comprende dicho circuito de refrigeración.

Descripción de la técnica anterior

Como se conoce, cualquier vehículo motorizado con un motor de combustión interna (por ejemplo motor diésel) debe comprender necesariamente un circuito de refrigeración del propio motor, para garantizar su correcto funcionamiento. Un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna, comprende habitualmente una bomba de circulación y una línea de refrigeración que discurre aguas abajo de la bomba de circulación pasando a través del bloque de cilindros y de la culata del motor de combustión interna para refrigerarlos.

Tras el intercambio de calor con dichos elementos de motor, el agua que circula en la línea de refrigeración fluye al interior de un radiador en el que se refrigera mediante un intercambio de calor agua/aire. Por tanto, el aire refrigerado que sale del radiador se devuelve a la entrada de la bomba de circulación para pasar a través del circuito de nuevo. Habitualmente el circuito de refrigeración comprende también una línea de derivación regulada mediante una válvula de expansión térmica. De manera más precisa, tal válvula de expansión térmica tiene la función de desviar el agua dirigida al radiador al interior de la línea de derivación cuando la temperatura del agua está por debajo de un valor característico predeterminado, habitualmente cuando el motor está en su fase de arranque. Cuando la temperatura del agua supera tal valor predeterminado, entonces la válvula de expansión térmica regula/divide el flujo de agua desde la línea de refrigeración en una primera fracción que circula en la línea de derivación y en una segunda fracción dirigida al radiador. Cuando la temperatura del agua supera un segundo valor predeterminado, entonces la válvula de expansión térmica dirige todo el caudal de agua hacia el radiador, bloqueando el paso en la línea de derivación. En el documento W098/54448 se muestra un circuito de refrigeración de este tipo.

En la mayoría de soluciones recientes, el caudal de agua que sale de la bomba de circulación (a continuación indicado también como caudal de suministro) se regula en función de las condiciones de funcionamiento del motor de combustión interna, concretamente en función de la carga y de la velocidad del propio motor. En particular, en condiciones de carga parcial, el caudal de suministro se reduce para limitar la refrigeración del motor y para evitar una refrigeración excesiva de los cilindros, concretamente una refrigeración excesiva del aceite. Tal condición negativa, ciertamente, daría como resultado un aumento de su viscosidad y por tanto un aumento de las fricciones del motor. En la actualidad, la regulación del caudal de suministro se realiza según dos soluciones diferentes, que, sin embargo, no son ventajosas en cuanto a costes, eficiencia y fiabilidad.

Una primera solución conocida proporciona el uso de un control para variar, sin depender del motor, la velocidad de giro de la bomba. Tal control está formado habitualmente por un motor eléctrico con velocidad ajustable que acciona directamente el árbol de rotor de la bomba. La reducción del caudal de suministro se varía variando la velocidad del motor eléctrico, lo que da como resultado una variación de la velocidad de giro del rotor. El motor eléctrico se controla en función de la temperatura del agua y por tanto de la condición de funcionamiento del motor de combustión interna. La variación de la velocidad del rotor da como resultado una variación de la altura de elevación de bomba, y por tanto del caudal de suministro.

Aunque esta solución es relativamente eficaz en cuanto a la regulación del caudal de suministro, tiene desventajas evidentes en cuanto a la eficiencia. En particular, la conversión de la energía necesaria para el funcionamiento del motor eléctrico es un factor muy crítico en cuanto a eficiencia. Además, ha de indicarse que en caso de fallo del motor eléctrico o del circuito que controla el propio motor, la bomba de circulación no funcionará, y por tanto el agua no circulará en la línea de refrigeración. En estas condiciones el riesgo de quemar el motor es elevado, puesto que el calor ya no se disipa. Por tanto resulta evidente que la activación de la bomba hidráulica sin depender del árbol de accionamiento es inaceptable en cuanto a fiabilidad, sobre todo para vehículos industriales pesados cuya vida útil supera habitualmente el millón de kilómetros.

Una solución conocida alternativa proporciona el uso de un acoplamiento electromagnético entre la polea accionada mediante el árbol de accionamiento por medio de una transmisión mecánica y el árbol giratorio del rotor de la bomba hidráulica. El acoplamiento electromagnético permite, en caso necesario, un deslizamiento entre la polea y el rotor,

lo que implica una variación en la velocidad del propio rotor, concretamente una variación del caudal de suministro.

En comparación con la solución anterior, esta segunda solución hace que el motor sea más fiable, puesto que en caso de un fallo del acoplamiento electromagnético, la bomba hidráulica sigue trabajando, permitiendo la circulación del agua de refrigeración. En cuanto a los costes, sin embargo, el acoplamiento electromagnético es 5 extremadamente caro, y tiene una eficiencia muy baja, desde un punto de vista de funcionamiento, habitualmente de aproximadamente el 60%. Este aspecto es parcialmente desventajoso para la reducción de la potencia absorbida, sobre todo a baja velocidad. Por consiguiente una parte relevante del ahorro de potencia en el árbol de bomba se compensa negativamente por la baja eficiencia de la transmisión del acoplamiento. Aunque el balance energético es positivo, en conjunto, esta segunda solución sigue siendo poco satisfactoria.

A partir de estas consideraciones surge la necesidad de una solución técnica alternativa, que permita superar los límites mencionados anteriormente y los inconvenientes de la técnica anterior. Por consiguiente, el fin principal del objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna, que permita superar los inconvenientes mencionados anteriormente.

En el alcance de este fin, un primer propósito de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la circulación de agua que no afecte negativamente a la seguridad del motor de combustión interna en caso de fallo.

Otro propósito de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la circulación de agua que no se base en el uso de un acoplamiento electromagnético o de un motor eléctrico.

De manera no menos importante, la finalidad de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la 20 circulación de agua que sea fiable y fácil de fabricar con costes competitivos.

Sumarlo de la invención

Por tanto, la presente invención se refiere a un dispositivo para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor de combustión interna, según lo que se expone en la reivindicación 1.

El dispositivo según la Invención permite variar el caudal de suministro de bomba variando las condiciones del flujo 25 de agua en la entrada de la bomba lo que da como resultado una variación de las curvas características de la bomba. En particular tal variación de las condiciones de succión se obtiene mediante una modulación del caudal del primer flujo en el primer conducto y del segundo flujo en el segundo conducto. En comparación con las soluciones tradicionales, el dispositivo según la Invención garantiza un caudal de suministro de la bomba incluso en caso de fallo de los medios de partición. Al mismo tiempo, el dispositivo tiene una alta eficiencia y una alta reducción de la 30 potencia absorbida por la bomba, sobre todo para caudales de suministro bajos.

Lista de las figuras

Resultarán más evidentes características y ventajas adicionales a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones de una bomba para... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para la circulación de agua en un circuito de refrigeración de un motor (3) de combustión interna, caracterizado porque dicho dispositivo (1) comprende:

- una bomba de circulación de agua que comprende un cuerpo (2) que define un alojamiento (16) para un rotor (15) con álabes que gira alrededor de un eje (4), accionándose dicho rotor (15) mediante el árbol (3) de dicho motor (7) por medio de una transmisión (101) mecánica;

- una cámara (8) de succión que define una sección (8) de admisión para dicho rotor (15), teniendo dicha cámara (8) un desarrollo circular alrededor de dicho eje (4);

- un colector (50) de agua que puede conectarse a la salida de un radiador (40) de dicho circuito de refrigeración; caracterizado porque el dispositivo (1) comprende además

- un primer conducto (5) que alimenta dicha cámara (8) conectado a una primera salida de dicho colector (50) con el fin de que a través del mismo pase un primer flujo de agua, estando conectado dicho primer conducto (5) a dicha cámara (8) de succión por medio de una primera abertura (5) de dicha cámara (8) que define una entrada axial para dicho primer flujo en dicha primera cámara (8);

- un segundo conducto (6) que alimenta dicha cámara (8) conectado a una segunda salida de dicho colector (50) con el fin de que a través del mismo pase un segundo flujo de agua, estando conectado dicho segundo conducto (6) a dicha cámara (8) de succión por medio de una segunda abertura (6) de dicha cámara (8) que define una entrada tangencial de modo que dicho segundo flujo de agua se somete a un giro alrededor de dicho eje (4) dentro de dicha cámara (8);

- medios (9) de partición de caudal adecuados para variar el caudal del agua que circula en dicho primer conducto (5) y en dicho segundo conducto (6) en función de las condiciones de funcionamiento de dicho motor.

2. Dispositivo (1) según la reivindicación 1, en el que dicha segunda abertura (6) de dicha cámara (8) tiene una configuración de modo que hace que dicho segundo flujo gire dentro de dicha cámara (8) en el mismo sentido que el giro de dicho rotor (15) de dicha bomba.

3. Dispositivo (1) según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho dispositivo (1) comprende un conducto (7) de derivación adecuado para que pase a través del mismo un tercer flujo de agua, estando conectado dicho conducto de derivación a dicha cámara (8) de succión por medio de una tercera abertura (7) de dicha cámara (8) que define una entrada tangencial de modo que dicho tercer flujo de agua se somete a un giro alrededor de dicho eje (4) dentro de dicha cámara (8).

4. Dispositivo (1) según la reivindicación 3, en el que dicha tercera abertura (7) de dicha cámara (8) tiene una configuración de modo que hace que dicho tercer flujo gire dentro de dicha cámara (8) en el mismo sentido que el giro de dicho rotor (15) de dicha bomba.

5. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en el que dichos medios de partición comprenden una válvula de estrangulación situada dentro de dicho primer conducto (5) de dicha cámara (8) de succión.

6. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho segundo conducto (6) que alimenta dicha cámara (8) de succión comprende un segmento (6) de extremo que se comunica con dicha segunda abertura (6) que tiene una sección de paso de agua que se contrae progresivamente desde un valor máximo (H2) hasta un valor mínimo (H1) según una forma de boquilla.

7. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que dicho conducto (7) de derivación comprende un segmento (7) de extremo que se comunica con dicha tercera abertura (7) que tiene una sección de paso de agua que se contrae progresivamente desde un valor máximo hasta un valor mínimo según una forma de boquilla.

8. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho colector (50) se define mediante un manguito que comprende:

- una entrada que puede conectarse a dicho radiador (40) de dicho circuito (11) de refrigeración;

- una primera salida conectada a dicho primer conducto (5);

- una segunda salida conectada a dicho segundo conducto (6).

9. Dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho cuerpo (2) está formado por una parte del cárter de dicho motor.

10. Circuito (11) de refrigeración para refrigerar un motor (7) diésel que comprende:

- una línea (12) de refrigeración del motor (3);

- una válvula (78) de expansión térmica que comprende una entrada conectada a dicha línea (12) de refrigeración;

- una línea (7) de derivación conectada a una primera salida de dicha válvula (78) de expansión térmica;

- una línea (12) de retorno conectada a una segunda salida de dicha válvula (78) de expansión térmica;

- un radiador (40) cuya salida está conectada a dicha línea (12) de retorno,

caracterizado porque comprende un dispositivo (1) para la circulación de agua según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el que:

- dicho colector (50) de dicho dispositivo (1) está conectado a dicho radiador (40);

- dicha línea (7) de derivación está conectada a dicha cámara (8) de succión de dicho dispositivo (1);

- dicho rotor (15) de dicha bomba de dicho dispositivo (1) se acciona mediante el árbol (3) de accionamiento de dicho motor (3) por medio de una transmisión (101) mecánica.

11. Método para regular un circuito (11) de refrigeración según la reivindicación 10, en el que dicho método

comprende las etapas de:

- mantener, cuando la temperatura del agua en la salida de la línea (12) de refrigeración está por debajo de un primer valor predeterminado (T1), dicha válvula (78) en una primera configuración de funcionamiento de modo que dicha primera salida (78) de la válvula (78) esté abierta y dicha segunda salida (78) de dicha válvula (78) esté cerrada;

- variar gradualmente, cuando la temperatura del agua en la salida de la línea (12) de refrigeración supera dicho primer valor (T1) y no supera un segundo valor predeterminado (T2) superior a dicho primer valor (T1), la configuración de funcionamiento de dicha válvula (78) de dicha primera configuración de funcionamiento a una segunda configuración de funcionamiento según la cual dicha primera salida (78) de la válvula (78) de expansión térmica está cerrada y dicha segunda salida (78) de dicha válvula (78) de expansión térmica está abierta;

- mantener firmemente dicha segunda válvula (78) en dicha segunda configuración de funcionamiento cuando la temperatura del agua en la salida de la línea (12) de refrigeración supera dicho segundo valor (T2).

12. Método de regulación según la reivindicación 11, en el que dicho método comprende las etapas adicionales de:

- anular, por medio de dichos medios (9) de partición, el caudal de dicho primer flujo en dicho primer conducto (5) hasta que la temperatura del agua en la salida de la línea (12) de refrigeración está por debajo de un tercer valor predeterminado (T3), superior a dicho segundo valor (T2);

- dividir de una manera predeterminada, por medio de dichos medios (9) de partición, el caudal que sale del colector (50) entre dicho primer conducto (5) y dicho segundo conducto (6) hasta que la temperatura del agua en la salida de la línea (12) de refrigeración supera dicho tercer valor (T3).

13. Vehículo industrial o comercial, que comprende un motor diésel, caracterizado porque comprende un circuito de refrigeración según la reivindicación 10.