BR102013017090A2 - Trocador de calor para alimentação de combustível em motores de combustão interna - Google Patents

Abstract

Resumo “trocador de calor para alimentação de combustível em motores de combustão interna” o trocador de calor compreende: um primeiro e um segundo estágio (e1,e2), cada um tendo uma entrada e uma saída de água (41a,41b;43a;43b), o segundo estágio (e2) tendo uma entrada e uma saída de óleo (44a,44b) e sendo o primeiro estágio (e1) provido de bocais de entrada e de saída de combustível (42a,42b), seletivamente conectados, em paralelo, à alimentação de combustível ao motor (m). A entrada e a saída de água (41a, 41b) do primeiro estágio (e1) são respectivamente conectadas com a saída (20b) do radiador de água (20), através de um circuito de água de arrefecimento (23) interno ao motor (m), e com a entrada de água (43a) do segundo estágio (e2). A saída de água (43b) do segundo estágio (e2) é conectada com a entrada (20a) de um radiador de água (20), e sendo a entrada e a saída de óleo (44a,44b) no segundo estágio (e2) conectadas, em série, com um circuito de óleo lubrificante (30) interno ao motor (m). 1

Description

"TROCADOR DE CALOR PARA ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA" Campo da invenção Refere-se a presente invenção a um trocador de calor, por exemplo, do tipo placas, desenvolvido para permitir uma interação térmica tripla, sequencial, entre o combustível, a ser injetado em um motor de combustão interna em operação normal, e os dois fluidos de arrefecimento, definidos pelo óleo lubrificante e pela água, para que o combustível possa ser seletiva e adequadamente aquecido sob o controle de um sistema de gerenciamento térmico da alimentação, ao motor, de diferentes combustíveis apresentando, cada um, um respectivo e particular ponto de fulgor ou de vaporização.

Antecedentes da invenção Conforme descrito no pedido de patente BR 10 2013 004382-6, do mesmo depositante, ganhos em eficiência energética, em melhoria de dirigibilidade e na redução de emissões de poluentes podem ser alcançados por meio de um sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em um motor de combustão interna, capaz de manter o combustível em uma temperatura mais adequada à combustão quando de sua alimentação ao motor. O sistema de gerenciamento térmico inclui um trocador de calor que utiliza, como fonte de calor, a própria energia térmica dissipada pelo motor, sem a necessidade de geração extra de energia.

Um dos meios de dissipação de energia térmica é definido pelo radiador do veículo, o qual se constitui em um trocador de calor para resfriar o motor, evitando seu superaquecimento, por meio da troca de calor do motor e de seus componentes para a atmosfera, por meio do radiador do veículo e utilizando a água como fluido intermediário.

Ocorre que o calor transmitido do motor para a água do radiador é uma energia perdida e até mesmo indesejada, pois se este calor ficar armazenado na água, esta perde sua eficiência como fluido de troca térmica. Quanto mais fria a água do radiador estiver, maior quantidade de calor ela será capaz de absorver do motor, em um menor intervalo de tempo.

Outro conhecido meio de dissipação de energia térmica do motor é o próprio óleo lubrificante que, além de lubrificar partes móveis do motor, permite que o calor gerado por este último seja conduzido para fora do motor e dissipado na atmosfera. Algumas partes do motor, como o virabrequim, mancais, árvore de carnes, hastes e pistões, podem ter seu resfriamento realizado apenas pelo óleo lubrificante do motor. Quando superaquecido, o óleo perde sua viscosidade, fica susceptível à deterioração e, consequentemente, perde as propriedades lubrificantes dele esperadas e a capacidade de resfriar partes internas do motor, prejudicando o adequado funcionamento de componentes do motor, conduzindo a graves danos ou mesmo a perda do motor do veículo.

Alguns veículos, particularmente veículos pesados, são providos com um radiador de óleo, o qual toma a forma de um trocador de calor, geralmente do tipo placas, provido entre o bloco do motor e o necessário filtro de óleo, geralmente a jusante deste último, ou mesmo incorporado, em bloco único, ao filtro de óleo, como geralmente ocorre nos veículos pesados, para funcionar como intensificador de troca térmica entre o óleo lubrificante e a água do radiador. Ocorre que os radiadores de óleo, atualmente utilizados, não realizam troca de calor entre o óleo e o combustível.

Assim, conforme comentado no referido pedido de patente anterior BR 10 2013 004382-6, em ambientes de baixas temperaturas, nas quais o combustível tem sua temperatura reduzida para valores inferiormente distantes da temperatura de seu ponto de fulgor ("combustível frio"), ocorre uma maior ou menor dificuldade na queima do combustível alimentado ao motor, dificuldade esta que é mais acentuada com o uso de combustíveis contendo um alto ponto de fulgor.

Deve ser ainda observado que a pressão típica dentro de um distribuidor de combustível em veículos 1.0 L, de injeção indireta, é da ordem de 4.2 bar, sendo que, nesta condição, a temperatura de vaporização do combustível é maior que sua temperatura de vaporização sob pressão atmosférica. Para veículos de injeção direta de combustível estes valores (pressão e temperatura de vaporização) são ainda mais elevados. Ê ainda sabido que o aumento de temperatura do combustível facilita a obtenção de um "spray" de gotículas micrométricas, as quais queimarão mais facilmente quando em contato com a faísca da bobina de ignição ou quando comprimidas a uma determinada pressão (diesel).

Apesar de a troca térmica entre o calor dissipado pelo motor em funcionando e o combustível ser suficiente, em princípio, para aquecer adequadamente um combustível um tanto "frio" , esta não é uma condição de trabalho que apresente uma eficiência termo energética otimizada, permitindo a ocorrência de falhas de motor, trancos, lentidão na resposta de aceleração e mesmo alta emissividade de poluentes devido a uma queima deficiente do combustível.

Em "veículos flex" (movidos por etanol e/ou gasolina em qualquer proporção de mistura) é sabido que o rendimento do motor não é otimizado. Um eficaz sistema de aquecimento do combustível pode proporcionar condições otimizadas, ao levar o combustível (por exemplo, etanol ou gasolina) a melhores condições de queima (por aquecimento do combustível a temperaturas mais próximas de seu ponto de vaporização) e a um consequente melhor rendimento do motor.

Em função do acima exposto, foi proposto, no pedido de patente anterior BR 10 2013 004382-6, um sistema gerenciado de aquecimento de combustível, para ser mantido operando durante todo tempo de funcionamento do motor, visando obter alto desempenho (otimização energética) do motor, melhor dirigibilidade do veículo, com respostas rápidas ao acionamento do pedal de aceleração, com torque e potência otimizados e com redução de emissões de poluentes não só em veículos tipo "flex" (bi ou tri combustíveis) , como também em veículos providos de motor de combustão interna operando apenas com um combustível qualquer, líquido ou gasoso.

Uma das soluções propostas no referido pedido de patente anterior, especificamente aquela ilustrada na figura 3, compreende um sistema de gerenciamento da alimentação de combustível capaz de absorver, por meio de um trocador térmico comum, a desejada energia térmica tanto do fluxo de água de arrefecimento como do fluxo de óleo de lubrificação do motor. Entretanto, o referido pedido de patente anterior não limita a invenção a um tipo de trocador de calor que possa ser aplicado ao sistema de gerenciamento térmico, para aproveitar, quando necessário, o calor que é dissipado pelos fluxos de água de arrefecimento e de óleo lubrificante aquecidos no interior do motor e conduzidos aos radiadores de água e de óleo, respectivamente.

Sumário da invenção A presente invenção tem, como objetivo, prover um trocador de calor, por exemplo, do tipo placas, a ser utilizado em conjunto com um sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em um motor de combustão interna em operação normal, para prover uma interação térmica tripla e sequencial, entre o combustível e os dois fluidos de arrefecimento, definidos pela água e pelo óleo lubrificante, para aquecer seletiva e adequadamente o combustível a temperaturas mais próximas àquela de seu ponto de vaporização, enquanto é obtido um desejável resfriamento da água de arrefecimento e do óleo lubrificante. O trocador de calor em questão é aplicado em motores de combustão interna providos de um circuito de água de arrefecimento, tendo uma entrada, conectada a uma sarda de um radiador de água, e uma sarda; e de um circuito de óleo lubrificante tendo uma entrada e uma sarda.

De acordo com a invenção o trocador de calor compreende: um primeiro e um segundo estágio, cada um tendo uma entrada e uma sarda de água, o segundo estágio tendo uma entrada e uma sarda de óleo e sendo o primeiro estágio provido de bocais de entrada e de sarda de combustível, seletivamente conectados, em paralelo, à alimentação de combustível ao motor; sendo a entrada e a saída de água do primeiro estágio, respectivamente conectadas com a sarda do radiador de água, através do circuito de água de arrefecimento, e com a entrada de água do segundo estágio; sendo a saída de água do segundo estágio conectada com a entrada do radiador de água, e sendo a entrada e a saída de óleo, no segundo estágio, conectadas, em série, com o circuito de óleo lubrificante. A invenção provê, portanto, um trocador calor triplo, a ser operativamente associado a um sistema de gerenciamento térmico automático da alimentação de combustível a um motor de combustão interna em regime de operação, permitindo uma troca térmica seletiva e sequencial entre os três fluidos definidos pelo óleo lubrificante circulante no interior do motor, pela água de arrefecimento circulante por um radiador de água e no interior do motor e ainda pelo combustível a ser injetado no motor em uma temperatura adequada a sua queima completa no interior da câmara de combustão.

Com a troca térmica entre o combustível e a água no primeiro estágio, seguida de uma segunda troca térmica entre a água circulada pelo motor e o óleo lubrificante, no segundo estágio, ê possível, por meio de uma construção simples, eficiente e de instalação versátil, a obtenção das vantagens do resfriamento simultâneo do óleo lubrificante e da água do radiador, com aproveitamento energético duplo para aquecimento do combustível a ser alimentado ao motor. A construção do trocador de calor em dois estágios permite que eles possam ser montados de modo compacto ou ainda de modo separado, para melhor adaptação às características construtivas do motor ao qual será aplicado. O trocador ora proposto, quando usado em conjunto com um sistema de gerenciamento térmico automático, permite que o aquecimento do combustível, único ou em mistura, seja conduzido ao sistema de injeção do motor em uma condição de temperatura melhor para sua combustão, diminuindo o consumo de combustível, reduzindo danos ao meio ambiente e melhorando a eficiência do motor e do veículo ao qual ele é associado, sendo que a energia térmica utilizada para o aquecimento seletivo do combustível é obtida da própria energia térmica dissipada pelo motor de combustão interna.

Breve descrição dos desenhos A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de possíveis configurações aplicáveis ao trocador de calor em questão. Nos desenhos: A figura 1 representa um diagrama de um sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível a um motor de combustão interna, dito sistema sendo provido do trocador de calor da presente invenção, em uma primeira configuração de montagem; A figura 2 representa um diagrama de um sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível a um motor de combustão interna, dito sistema sendo provido do trocador de calor da presente invenção, em uma segunda configuração de montagem; A figura 3 representa uma vista em perspectiva de uma possível construção para o trocador de calor em questão, incorporando um flange de assentamento e fixação dos dois estágios ao motor; A figura 4 representa uma vista em perspectiva do trocador de calor da figura 3, quando observado pelo lado oposto àquele de incorporação do flange de montagem; A figura 5 representa o trocador de calor das figuras 3 e 4, cortado segundo dois planos de corte, um deles sendo diametral aos dois condutos do quarto grupo de câmaras de óleo lubrificante no segundo estágio e o outro plano de corte sendo diametral aos dois condutos do segundo grupo de câmaras de combustível no primeiro estágio; e A figura 6 representa o trocador de calor das figuras 3 e 4, cortado segundo dois planos de corte, um deles sendo diametral aos dois condutos do primeiro grupo de câmaras água de arrefecimento no primeiro estágio e o outro plano de corte sendo diametral aos dois condutos do terceiro grupo de câmaras de agua de arrefecimento no segundo estágio.

Descrição da invenção Conforme já acima mencionado e ilustrado nos desenhos anexos, o trocador de calor HE da invenção ê aplicado a um motor M de combustão interna, utilizando um único combustível ou uma mistura variável de combustíveis apresentando diferentes temperaturas de vaporização, como ocorre com os motores "flex" que utilizam, por exemplo, gasolina, etanol ou uma mistura dos mesmos em diferentes proporções. O trocador de calor HE da invenção foi desenvolvido para atuar em conjunto com um sistema de gerenciamento térmico TMS da alimentação de combustível durante todo o funcionamento do veículo, para manter o combustível, sendo alimentado ao motor M, em uma temperatura otimizada para a combustão eficiente, inferior àquela do ponto de vaporização. O sistema de gerenciamento térmico TMS pode ser definido, por exemplo, conforme descrito no pedido de patente anterior BRIO 2013 004382-6, do mesmo requerente. Nas figuras 1 e 2 dos desenhos anexos são ilustradas duas possíveis concretizações de montagem do trocador de calor HE, em um sistema de gerenciamento térmico TMS, operando em um motor M de combustão interna, provido de um sistema de injeção IS que é alimentado a partir de um tanque de combustível TQ, por meio de um tubo de alimentação de combustível 10, provido de uma bomba de combustível 11 e de um filtro 12. O tubo de alimentação de combustível 10 compreende um primeiro trecho 10a conectado ao sistema de injeção IS e provido de uma primeira válvula 13, e um segundo trecho 10b que define uma derivação ou by-pass ao primeiro trecho 10a, e no qual é provido o trocador de calor HE. Nas duas condições de montagem ilustradas, o motor M é operativamente associado a um radiador de água 2 0 que é conectado, por meio de condutos de água quente 21 e de água resfriada 22, a um circuito de água de arrefecimento 23, interno ao motor M, para prover o usual resfriamento deste último. O circuito de água de arrefecimento 23, interno ao motor M, tem uma entrada 23a e uma saída 23b, sendo a entrada 23a conectada â saída 20b do radiador de água 20 por meio do conduto de água resfriada 22, externo ao motor M. O motor M compreende ainda, em seu interior, um circuito de circulação de óleo lubrificante 30, apresentando uma entrada 31 e uma saída 32, abertas para fora do motor M, para serem conectadas ao trocador de calor HE, como descrito mais adiante. O trocador de calor HE compreende um primeiro e um segundo estágio El,E2, de troca térmica, cada um tendo uma entrada e uma saída de água 4la,41b;43a;43b, o segundo estágio E2 tendo uma entrada e uma saída de óleo 44a,44b e sendo o primeiro estágio El provido de bocais de entrada e de saída de combustível 42a,42b, seletivamente conectados, em paralelo, à alimentação de combustível ao motor M, mais especificamente ao tubo de alimentação de combustível 10.

Como pode ser observado pelos desenhos, a entrada e a saída de água 41a, 41b do primeiro estágio El são respectivamente conectadas com a saída 20b do radiador de água 20, através do circuito de água de arrefecimento 23, e com a entrada de água 43a do segundo estágio E2 . A saída de água 43b do segundo estágio E2 é conectada com a entrada 20a do radiador de água 20 e a entrada e a saída de óleo 44a,44b no segundo estágio E2 são conectadas, em série, com o circuito de óleo lubrificante 30.

Nas construções ilustradas, a entrada de água 41a do primeiro estágio El é conectada à saída 20b do radiador de água 2 0 através do circuito de agua de arrefecimento 23, este último tendo sua entrada 23a conectada à saída 20b do radiador de água 20 por meio de um conduto de água resfriada 22, usualmente externo ao motor M, e sua saída 23b conectada â saída de água 41b do primeiro estágio El. Considerando o fato de os estágios serem preferivelmente assentados e fixados ao motor M, os bocais de entrada e de saída de combustível 42a, 42b são geralmente providos em um lado do primeiro estágio El oposto a um lado deste último no qual são providas a entrada e a saída de água 41a, 41b.

Entretanto, deve ser entendido que as entradas e as saídas de água e de óleo e ainda os bocais de entrada e de saída de combustível no trocador de calor HE podem ser arranjados de diferentes maneiras, de acordo com as características de cada projeto de aplicação.

Em qualquer dos arranjos ilustrados nas figuras 1 e 2, a entrada de água 41a do primeiro estágio El é conectada à saída 23b do circuito de água de arrefecimento 23 por um conduto de retorno 24, que pode ser definido de diferentes maneiras, externamente ao motor M ou definido no interior de um elemento protetor adequado, incorporado ao trocador de calor HE, mais especificamente a um ou a ambos os estágios El, E2, como descrito mais adiante. A saída de água 41b do primeiro estágio El é conectada à entrada de água 43a do segundo estágio E2 por um conduto de interligação 25, que também pode ser definido de diferentes maneiras, conforma acima descrito para o conduto de retorno 24 . A saída de água 43b do segundo estágio E2 é conectada à entrada 20a do radiador de água 20, por um conduto de água quente 21.

Com a disposição acima descrita, a água resfriada no radiador 20, é feita passar pelo circuito de água de arrefecimento 23 para ser conduzida ao interior do primeiro estágio El, trocando calor com o combustível e sendo então conduzida ao segundo estágio E2 pelo conduto de interligação 25. No segundo estágio E2 a água troca calor com o óleo lubrificante e retorna ao radiador 20 pelo conduto de água quente 21.

Nas construções esquematicamente ilustradas nas figuras 1 e 2, o conduto de interligação 25 e o conduto de água quente 21 compreendem, cada um, um trecho mediano 26, 27 provido no interior do motor M, cada trecho mediano 26, 27 definindo pelo menos parte da extensão do respectivo conduto e apresentando uma entrada 2 6a, 2 7a e uma saída 26b, 27b abertas para fora do motor M.

Por sua vez, a entrada e a saída de óleo do segundo estágio E2 são conectadas ao circuito de circulação de óleo lubrificante 30 por meio de respectivos condutos de óleo 33, 34 que podem ser construídos de diferentes maneiras, dependendo do modo pelo qual os dois estágios El, E2 de troca térmica são associados ao motor M. Conforme esquematicamente ilustrado na figura 1, a saída de água 41b do primeiro estágio El é assentada contra o motor M e mantida em comunicação fluida com a entrada 26a e com a saída 2 6b do trecho mediano 2 6 do conduto de interligação 25, sendo a saída de água 43b do segundo estágios E2 assentada contra o motor M e mantida em comunicação fluida com a entrada 27a do trecho mediano 27 do conduto de água quente 21. Por sua vez, a entrada e a saída de óleo 44a, 44b do segundo estágio E2 são assentadas contra o motor M e mantidas em comunicação fluida com o circuito de óleo lubrificante 30 através dos condutos de óleo 33, 34 que passam a ter extensão reduzida como comentado mais adiante.

Cada um dos dois estágios El, E2, é preferivelmente montado a um suporte S, individual ou comum, e configurado para permitir a fixação dos estágios ao motor M ou a uma estrutura qualquer no local de instalação do motor M. O suporte S pode ser montado, de modo removível, ao motor M ou a outra estrutura de instalação do motor M, por quaisquer meios adequados como, por exemplo, por parafusos não ilustrados.

Na forma preferida, o suporte S ê definido por um flange 4 0 contra um lado do qual é assentado e fixado um ou ambos os estágios El, E2, sendo esta fixação feita por qualquer processo adequado compatível com o material de construção dos estágios e do flange 40.

Na construção ilustrada, o flange 40 apresenta furos passantes nos quais são respectivamente definidas a entrada e a saída de água 41a, 41b do primeiro estágio (El) e a entrada e a saída de água 43a, 43b e a entrada e a saída de óleo 44a,44b no segundo estágio E2. Considerando a construção do flange 40 acima citada e ilustrada na figura 1 e nas figuras 3 a 6 dos desenhos anexos, o conduto de retorno 24, as extensões de conduto de interligação 25 externas ao motor (M) , a extensão do conduto de água quente 21, externa e disposta a montante do motor M, e os condutos de óleo 33, 34 são definidos, cada um, por um respectivo furo passante do flange 40, cada um de ditos furos definindo uma das entradas e saídas de água e de óleo 41a, 41b, 43a, 43b, 44a, 44b no primeiro e no segundo estágio El, E2. O flange 40 é construído para ser assentado e fixado contra o motor M, de modo a estabelecer a comunicação fluida direta: - da entrada de água 41a no primeiro estágio El com a saída 23b do circuito de água de arrefecimento 23; da saída de água 41b do primeiro estágio El com a entrada 26a do trecho mediano 26 do conduto de interligação 25; da saída 26b do trecho mediano 26 do conduto de interligação 25 com a entrada de água 43a no segundo estágio E2; da salda de água 43b do segundo estágio E2 com a entrada 2 7a do trecho mediano 2 7 do conduto de agua quente 21; e da entrada e da saída de óleo 44a, 44b do segundo estágio E2 com o circuito de óleo lubrificante 30.

Neste tipo de montagem o trocador de calor HE pode ser direta e rigidamente fixado ao motor M tornando desnecessária a provisão de condutos externos ao motor M para estabelecer as comunicações fluidas entre as partes componentes definidas pelos estágios El, E2 de troca térmica e ainda pelos circuitos de água de arrefecimento 23 e de óleo lubrificante 30.

Em uma possível construção do trocador de calor HE, o primeiro estágio El compreende um primeiro e um segundo grupo G1,G2 de câmaras 50,60, e o segundo estágio compreende um terceiro e um quarto grupo G3,G4 de câmaras 70,80.

As câmaras 50,60/70,80 dos dois grupos em cada estágio El, E2 são alternadamente sobrepostas e abertas para dois condutos 51,61,-71,81 distanciados entre si, cada dois condutos de um mesmo grupo de câmaras tendo extremos internos 51a;61a;71a;81a, abertos para uma câmara extrema do respectivo grupo e extremos externos 51b,61b,71b,81b, respectivamente abertos para a entrada e a saída de água 41a, 41b e para os bocais de entrada e de saída de combustível 42a,42b no primeiro estágio El e ainda para a entrada e a saída de água 43a, 43b e para a entrada e a saída de óleo 44a,44b no segundo estágio E2.

Assim, no primeiro estágio El as câmaras 50, 60 são intercaladas, permitindo a troca térmica entre o combustível e a água, o mesmo ocorrendo em relação às câmaras 70, 8 0 que formam o segundo estágio E2, na qual ocorre a troca térmica entre a água e o óleo.

Na construção ilustrada, os condutos 51, 61, 71, 81 de cada grupo de câmaras 50, 60, 70, 80 são dispostos através do interior do respectivo estágio El, E2 de troca térmica, atravessando as câmaras dispostas entre a câmara extrema do respectivo grupo G1, G2, G3 , G4, para o interior da qual são abertos os extremos internos 51a, 61a, 71a, 81a dos respectivos condutos, e os extremos externos 51b,61b,71b,81b dos ditos condutos, sendo estes últimos mediana e radialmente abertos para as câmaras do respectivo grupo por ele atravessadas.

Os extremos externos 61b dos condutos 61 do segundo grupo G2 de câmaras 60 são respectivamente conectados aos bocais de entrada e de saída de combustível 42a, 42b, os quais se projetam para fora de uma tampa extrema 90, fechando uma adjacente câmara 60 do segundo grupo G2 de câmaras, disposta em um extremo do primeiro estágio El oposto a um outro lado deste último no qual são providas a entrada e a saída de água 41a, 41b.

Para facilitar a troca térmica entre cada dois grupos de câmaras no primeiro e no segundo estágio El, E2, as câmaras dos dois pares de grupos G1, G2; G3 , G4, nos respectivos estágios El, E2, são separadas entre si por uma parede comum W.

As câmaras 50, 60, 70 de cada estágio El, E2 podem ter o mesmo formato plano, alongado e de altura reduzida em relação a sua área, cada um dos dois condutos (51,61,71,81), de cada grupo de câmaras (50,60,70), sendo posicionado em uma região extrema do respectivo estágio (El,E2) de troca térmica, oposta àquela na qual é posicionado o outro conduto.

Com a construção acima definida, cada fluido entra no respectivo grupo de câmaras por um dos condutos, sendo fornecido às regiões do grupo de câmaras adjacentes ao referido conduto, para ser movimentado em direção à outra região do mesmo grupo de câmaras, para sair deste último pelo outro conduto, trocando calor com o fluido que circula pelo outro grupo de câmaras do mesmo estágio El, E2 .

As câmaras 50, 60, 70, 80 podem ser construídas em qualquer material adequado tendo elevada condutibilidade térmica e tomando a forma de bandejas, por exemplo, com parede de fundo, de formato substancialmente retangular alongado, e incorporando uma parede periférica de pequena altura cuja borda livre ê hermeticamente assentada e fixada sob a região periférica da parede de fundo de uma adjacente bandeja do mesmo estágio El, E2, sendo a última bandeja de cada estágio superiormente fechada por uma tampa extrema 90 hermeticamente assentada e fixada sobre a borda livre da referida última bandeja.

Apesar de não ser ilustrado nos desenhos, deve ser entendido que o primeiro e o segundo estágio El, E2, podem ser montados em locais distantes entre si e um tanto afastados do motor M, situação na qual o conduto de retorno 24, o conduto de interligação 25, o conduto de água quente 21 e mesmo as extensões de conduto de oleo 33, 34, podem ser definidos de modo totalmente externo ao motor M, na forma de mangueiras ou condutos flexíveis. Neste caso, deixariam de existir os trechos medianos 26, 2 7 do conduto de interligação 2 5 e do conduto de água quente 21.

Na configuração de montagem ilustrada na figura 1, os extremos externos 51b, 71b dos condutos 51, 71 do primeiro e do terceiro grupo G1, G3 de câmaras 50,70, do primeiro e do segundo estágio El, E2, são assentados contra o motor M e mantidos, cada um, em comunicação fluida com a saída 23b do circuito de água de arrefecimento 23, com a entrada 26a e com a saída 26b do trecho mediano 26 do conduto de interligação 25 e com a entrada 2 7a do trecho mediano 2 7 do conduto de água quente 21, respectivamente.

De modo semelhante, os extremos externos 81b dos condutos 81 do quarto grupo G4 de câmaras 8 0 são diretamente assentados contra o motor M e mantidos, em comunicação fluida, respectivamente, com uma entrada 31 e uma saída 32 do circuito de óleo lubrificante 30, para permitir que o óleo lubrificante do motor M seja feito circular pelo interior das câmaras 80 do quarto grupo G4.

Os extremos externos 61b dos condutos 61, do segundo grupo G2 de câmaras 60, são seletivamente conectados, pelo sistema de gerenciamento térmico TMS, ao tubo de alimentação de combustível 10, de modo a definirem, em conjunto com o primeiro grupo G1 de câmaras 50 do primeiro estágio El, um by-pass ao tubo de alimentação de combustível 10.

Para garantir a estanqueidade da conexão entre os furos passantes do flange 40 e as saídas 23b, 26b e 32 e entradas 26a, 27a e 31 de água de retorno, de água quente e de óleo resfriado, respectívamente, no motor M, a face de assentamento do flange 4 0 é provida de uma junta de vedação J envolvendo os referidos furos passantes que definem, respectivamente, a entrada e a saída de água 41a, 41b, no primeiro estágio El, a entrada e a saída de água 43a, 43b, e a entrada e a saída de óleo 44a, 44b, no segundo estágio E2.

Na forma de montagem ilustrada na figura 2, o trocador de calor HE pode ter seus dois estágios El, E2 de troca térmica fixados ao motor M ou a qualquer outro elemento estrutural do veículo ou da instalação do motor M, por meio de um só suporte S, comum a ambos os estágios El, E21—conforme ilustrado, ou em suporte individual (não mostrado) para cada estágio. O suporte S pode compreender um flange 41 incorporado a uma haste distanciadora 43, a ser fixada ao motor M ou à outra estrutura qualquer, por quaisquer meios adequados, mantendo o primeiro e o segundo estágio El, E2 de troca térmica um tanto afastados do motor M.

Considerando que a temperatura do óleo lubrificante no interior do motor M é superior à temperatura da água de arrefecimento e que esta é maior do que a temperatura para qual o combustível deverá ser aquecido, as câmaras de combustível 60 do segundo grupo G2 do primeiro estágio El apresentam paredes comuns W apenas com as câmaras 50 de água de arrefecimento do primeiro grupo G1 ainda no primeiro estágio El. No segundo estágio E2, as câmaras 70 do terceiro grupo G3, contendo água de arrefecimento proveniente do primeiro estágio El, apresentam paredes comuns W apenas com as câmaras 8 0 do quarto grupo G4, contendo óleo lubrificante.

Assim, a água resfriada, proveniente do radiador 20 é passada pelo motor M, resfriando este último e sendo então conduzida às câmaras 50 do primeiro grupo G1, no primeiro estágio El, onde troca calor com o combustível que passa pelas câmaras 60 do segundo grupo G2, aquecendo o combustível e sendo um tanto resfriada e conduzida às câmaras 70 do terceiro grupo G3, no segundo estágio E2, onde troca calor com o óleo lubrificante que circula pelas câmaras 80 do quarto grupo G4 de câmaras.

Conforme ilustrado nas figuras 1 e 2, o segundo trecho 10b do tubo de alimentação de combustível 10 é acoplado aos bocais de entrada e de saída de combustível 42a, 42b segundo grupo G2 de câmaras 60 no primeiro estágio El do trocador de calor HE e provido de uma segunda válvula 14 disposta a montante do trocador de calor HE e de uma válvula unidirecional 15 disposta a jusante do referido trocador de calor HE. A primeira 13 e a segunda válvula 14 podem ser do tipo eletromagnético, comandadas por uma unidade de controle eletrônico 100, que recebe diferentes parâmetros operacionais do motor M e ainda parâmetros físico-químícos do combustível (tais como: temperatura do combustível que está sendo alimentado; características do combustível ou das misturas de diferentes combustíveis; pressão de injeção do combustível; perda de pressão; etc. ) , para determinar o valor máximo da temperatura a ser utilizado para instrução de operação da primeira e da segunda válvula 13 , 14. É geralmente ainda provido um tubo de retorno 10c, conectando o tanque de combustível TQ a um ponto do tubo de alimentação de combustível 10, disposto a jusante do segundo trecho 10b, para permitir o retorno, ao tanque TQ, do combustível bombeado para o sistema de injeção IS, mas não consumido pelo motor M. Entretanto, deve ser entendido que o tubo de retorno 10c pode ser conectado ao tubo de alimentação de combustível 10 em um ponto a montante do segundo trecho 10b. O sistema de gerenciamento térmico TMS, associado ao trocador de calor HE em questão, pode compreender válvulas eletromagnéticas em montagem individual ou em bancos de válvulas e acionadas a partir da unidade de controle eletrônico 100, operativamente associada a múltiplos sensores SE conectados ao sistema de fornecimento de combustível e ao motor M, para permitir que a abertura total ou parcial da ou das válvulas ocorra em função das reais necessidades de aquecimento do combustível para uma temperatura inferior àquela de vaporização do combustível único ou em mistura.

Claims (15)

1. Trocador de calor para alimentação de combustível em motores de combustão interna providos de um circuito de água de arrefecimento (23) , tendo uma entrada (23a) , conectada a uma saída (20b) de um radiador de água (20), e uma saída (23b) ; e de um circuito de óleo lubrificante (30) tendo uma entrada (31) e uma saída (32) , sendo o trocador de calor (HE) caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro e um segundo estágio (El, E2) , cada um tendo uma entrada e uma saída de água (4la,41b;4 3a;4 3b) , o segundo estágio (E2) tendo uma entrada e uma saída de óleo (44a, 44b) e sendo o primeiro estágio (El) provido de bocais de entrada e de saída de combustível (42a,42b), seletivamente conectados, em paralelo, â alimentação de combustível ao motor (M) ; sendo a entrada e a saída de água (41a, 41b) do primeiro estágio (El) respectivamente conectadas com a saída (20b) do radiador de água (20) , através do circuito de água de arrefecimento (23) , e com a entrada de água (43a) do segundo estágio (E2) ; sendo a saída de água (43b) do segundo estágio (E2) conectada com a entrada (20a) do radiador de água (20) , e sendo a entrada e a saída de óleo (44a,44b) no segundo estágio (E2) conectadas, em série, com o circuito de óleo lubrificante (30).

2. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a entrada de água (41a) do primeiro estágio (El) ser conectada à saída (20b) do radiador de água (2 0) através do circuito de água de arrefecimento (23), este último tendo sua entrada (23a) conectada à saída (20b) do radiador de água (20) por meio de um conduto de água resfriada (22) e sua saída (23b) conectada â saída de água (41b) do primeiro estágio (El).

3. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de os bocais de entrada e de saída de combustível (42a, 42b) serem providos em um lado do primeiro estágio (El) oposto a um lado deste último no qual são providas a entrada e a saída de água (41a, 41b).

4. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a entrada de água (41a) do primeiro estágio (El) ser conectada à saída (23b) do circuito de água de arrefecimento (23) por um conduto de retorno (24) , sendo a saída de água (41b) do primeiro estágio (El) conectada à entrada de água (43a) do segundo estágio (E2) por um conduto de interligação (25), sendo a saída de água (43b) do segundo estágio (E2) conectada à entrada (20a) do radiador de água (2 0) , por um conduto de água quente (21) .

5. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o conduto de interligação (25) e de o conduto de água quente (21) compreenderem, cada um, um trecho mediano (26, 27) provido no interior do motor (M) , cada trecho mediano (26, 27) definindo pelo menos parte da extensão do respectivo conduto e apresentando uma entrada (26a, 27a) e uma saída (26b, 27b) abertas para fora do motor (M).

6- Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a entrada e a saída de óleo do segundo estágio (E2) ser conectada ao circuito de circulação de óleo lubrificante (30) por meio de respectivos condutos de óleo (33, 34).

7. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a saída de água (41b) do primeiro estágio (El) ser assentada contra o motor (M) e mantida em comunicação fluida com a entrada (26a) e com a saída (26b) do trecho mediano (26) do conduto de interligação (25), sendo a saída de água (43b) do segundo estágios (E2) assentada contra o motor (M) e mantida em comunicação fluida com a entrada (27a) do trecho mediano (27) do conduto de água quente (21), sendo a entrada e a saída de óleo (44a, 44b) do segundo estágio (E2) assentadas contra o motor (M) e mantidas em comunicação fluida com o circuito de óleo lubrificante (30) através dos condutos de óleo (33, 34}.

8. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de cada um dos dois estágios (El, E2) de troca térmica ser montado a um suporte (S) , de fixação ao motor (M) ou a uma estrutura de instalação do motor (M) e definido por um flange (40) contra um lado do qual é assentado e fixado um respectivo estágio (El, E2), dito flange (40) apresentando furos passantes nos quais são respectivamente definidas a entrada e a saída de água (41a,41b) do primeiro estágio (El) e a entrada e a saída de água (43a,43b) e a entrada e a saída de óleo (44a,44b) no segundo estágio (E2).

9. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o conduto de retorno (24) , de as extensões de conduto de interligação (25) externas ao motor (M) , de a extensão do conduto de água quente (21) externa e disposta a montante do motor (M) e de os condutos de óleo (33, 34) serem definidos, cada um, por um respectivo furo passante do flange (40), definidor das entradas e saídas de água e de óleo (41a,41b,43a,43b,44a,44b) no primeiro e no segundo estágio (El, E2).

10. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o flange (40) ser assentado e fixado contra o motor (M) , de modo a estabelecer a comunicação fluida direta: da entrada de água (41a) no primeiro estágio (El) com a saída (23b) do circuito de água de arrefecimento (23) ; da saída de água (41b) do primeiro estágio (El) com a entrada (26a) do trecho mediano (26) do conduto de interligação (25) ; da saída (26b) do trecho mediano (26) do conduto de interligação (25) com a entrada de água (43a) no segundo estágio (E2); da saída de água (43b) do segundo estágio (E2) com a entrada (27a) do trecho mediano (27) do conduto de água quente (21) ; e da entrada e da saída de óleo (44a, 44b) do segundo estágio (E2) com o circuito de óleo lubrificante (30).

11. Trocador de calor, de acordo com qualquer uma reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de o primeiro estágio (El) compreender um primeiro e um segundo grupo (G1,G2) de câmaras (50,60), o segundo estágio compreendendo um terceiro e um quarto grupo (G3,G4) de câmaras (70,80) , as câmaras (50,60,-70,80) dos dois grupos em cada estágio (El,E2) sendo alternadamente sobrepostas e abertas para dois condutos (51,61/71,81) distanciados entre si, cada dois condutos de um mesmo grupo de câmaras tendo extremos internos (51a;61a;71a;81a), abertos para uma câmara extrema do respectivo grupo e extremos externos (51b,61b,71b,81b) respectivamente abertos para a entrada e a saída de água (41a, 41b) e para os bocais de entrada e de saída de combustível (42a,42b) no primeiro estágio (El) e ainda para a entrada e a saída de água (43a, 43b) e para a entrada e a saída de óleo (44a,44b) no segundo estágio (E2) .

12. Trocador de calor, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de os condutos (51, 61, 71, 81) de cada grupo de câmaras (50, 60, 70, 80) serem dispostos através do interior do respectivo estágio (El, E2), atravessando as câmaras dispostas entre a câmara extrema do respectivo grupo (Gl, G2, G3, G4) , para o interior da qual são abertos os extremos internos (51a, 61a, 71a, 81a) dos respectivos condutos, e os extremos externos (51b,61b,71b,81b) dos ditos condutos, sendo estes últimos mediana e radialmente abertos para as câmaras do respectivo grupo por ele atravessadas.

13- Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de os extremos externos (61b) dos condutos (61) do segundo grupo (G2) de câmaras (60) serem respectivamente conectados aos bocais de entrada e de saída de combustível (42a, 42b) que se projetam para fora de uma tampa extrema (90), fechando uma adjacente câmara (60) do segundo grupo (G2) de câmaras, disposta em um extremo do primeiro estágio (El) oposto a um outro lado deste último no qual são providas a entrada e a saída de água (41a, 41b) .

14- Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de as câmaras dos dois pares de grupos (Gl, G2; G3, G4) nos respectivos estágios (El, E2) sendo separadas entre si por uma parede comum (W).

15 - Trocador de calor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de as câmaras (50, 60, 70) de cada estágio (E1,E2) terem o mesmo formato plano, alongado e de altura reduzida em relação a sua área, cada um dos dois condutos (51,61,71,81), de cada grupo de câmaras (50,60,70), sendo posicionado em uma região extrema, do respectivo estágio (El,E2) de troca térmica, oposta àquela na qual ê posicionado o outro conduto.