ES2209618B1 - Intercambiador de calor para un sistema "egr" con un conducto de derivacion integrado. - Google Patents
Intercambiador de calor para un sistema "egr" con un conducto de derivacion integrado.Info
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Abstract
Intercambiador de calor para un sistema "EGR" con un conducto de derivación integrado. Se propone un intercambiador de calor para gases de escape recirculados de un motor de combustión interna con un tubo de derivación integrado por el que puedan recircular los gases de escape durante el arranque del motor y/o en condiciones de baja temperatura o carga. El intercambiador está formado por una carcasa cilíndrica en cuyo interior se dispone tanto la cámara de refrigeración típica de estos dispositivos como el conducto de derivación. Como medio de acoplamiento al dispositivo de entrada de gases del sistema EGR, se utiliza una brida con un alojamiento para los tubos refrigerantes de la cámara de refrigeración y otro alojamiento para el conducto de derivación, existiendo entre dichos alojamientos una zona de separación. El conducto de derivación puede ser un conducto de doble pared con una cámara de aire intermedia para evitar el enfriamiento de los gases que circulan por él.
Description
Intercambiador de calor para un sistema
"EGR" con un conducto de derivación integrado.
La presente invención se refiere a un
intercambiador de calor para un sistema de recirculación de gases
de escape (EGR) de un motor de combustión interna y, más
particularmente, a un intercambiador de calor con un conducto de
derivación integrado.
En la técnica actual se conocen diversos sistemas
de recirculación de gases de escapes en motores de combustión
interna a los que se llama sistemas EGR.
Estos sistemas recirculan gases de escape desde
el colector de escape hacia el colector de admisión del motor tras
someterlos a un proceso de enfriamiento, con el fin de reducir la
cantidad de emisiones de NOx.
Como en ciertas condiciones de funcionamiento del
motor no resulta conveniente el enfriamiento de los gases de
escape, se ha propuesto en la técnica utilizar conductos de
derivación que permitan la recirculación de gases de escape sin
pasar por el intercambiador de calor, bajo el gobierno de una
válvula que canaliza los gases de escape bien hacia el
intercambiador de calor, bien hacia el mencionado conducto de
derivación, según unas condiciones preestablecidas.
Una de esas propuestas es la descrita en la
patente US 4,147,141 que describe un sistema EGR con un conducto de
derivación paralelo al intercambiador de calor y una válvula EGR
que mantiene cerrado el módulo hasta que la temperatura del motor
alcanza un cierto valor predeterminado y que, una vez abierta,
dirige los gases de escape hacia el conducto de derivación cuando
su temperatura es inferior a cierto límite y al intercambiador de
calor en caso contrario.
Otra propuesta es la descrita en la patente US
5,203,311 que incluye una primera válvula de control en el conducto
de derivación y una segunda válvula en el intercambiador de
calor.
Otra propuesta es la descrita en la patente US
5,617,726 en la que se usa un conducto de derivación de manera
diferente según las circunstancias de carga del motor y sus
componentes.
Otra propuesta es la descrita en la solicitud de
patente WO 02/10574 que incluye un intercambiador de calor para
gases de escape con una cámara refrigerante, un conducto de
derivación y unos medios para dirigir los gases de escape bien
hacia la cámara refrigerante, bien hacia el conducto de derivación y
en la que esos componentes están debidamente integrados para formar
una unidad que puede montarse fácilmente en el motor.
La industria del automóvil demanda mejoras de los
sistemas EGR conocidos para atender diversas necesidades. Una de
ella viene motivada por crecientes exigencias de las regulaciones
administrativas sobre los límites admisibles de las emisiones de
NOx. Otra necesidad a satisfacer es facilitar el montaje de los
motores de los automóviles simplificando el diseño de sus
componentes para mejorar su capacidad de integración.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar como elemento integrante de un sistema EGR un
intercambiador de calor para gases de escape recirculados de un
motor de combustión interna con un tubo de derivación integrado por
el que puedan recircular los gases de escape durante el arranque
del motor y/o en condiciones de baja temperatura o carga.
Dicho en otras palabras, el problema que se
propone resolver la presente invención es proporcionar un
intercambiador de calor para gases de escape reciclado que incluya,
en una misma unidad, tanto la cámara de refrigeración para el
enfriamiento de los gases como un conducto de derivación por que el
deben circular cuando no es necesario su enfriamiento y que esa
unidad sea fácilmente integrable en el motor.
De acuerdo con la invención, el intercambiador
está formado por una carcasa cilíndrica en cuyo interior se
disponen la cámara de refrigeración constituida, de manera
conocida, por una pluralidad de tubos por los que circula un
liquido refrigerante (a los que llamaremos, en adelante, tubos
refrigerantes) y un tubo de derivación.
En el lado de entrada de los gases de la carcasa
y como medio de acoplamiento al dispositivo de entrada de gases del
sistema EGR se dispone una brida con un alojamiento para los tubos
refrigerantes de la cámara de refrigeración y otro alojamiento para
el conducto de derivación, existiendo entre dichos alojamientos
una zona de separación.
La forma de esos alojamientos está relacionada
tanto con el reparto deseado de las áreas destinadas a la cámara de
refrigeración y al conducto de derivación como a la forma de
éste.
Tomando como referencia la sección circular
interior de la carcasa cilíndrica, la forma preferente para dichos
alojamientos sería la de dos segmentos circulares delimitados en
dicha sección circular mediante una banda de separación, siendo el
destinado a la cámara de refrigeración mayor que un semicírculo.
Ahora bien, la presente invención también comprende otras formas y
particularmente las ovaladas.
La banda o zona de separación mencionada actúa de
medio de cierre del lado de entrada de gases del intercambiador en
combinación con una válvula apropiada para abrir uno de los dos
alojamientos mencionados y, simultáneamente, cerrar el otro, en
función de las necesidades establecidas por el sistema EGR.
Una característica adicional de la invención es
que la mencionada carcasa se cierra mediante tapones externos
abrazando sus bordes para facilitar el montaje de los tubos
refrigerantes y facilitar la realización de las soldaduras.
La mencionada brida de acoplamiento al
dispositivo de entrada de gases se soldaría al correspondiente
tapón de la carcasa.
Otra característica adicional de la invención es
que el mencionado conducto de derivación sea un conducto de doble
pared con una cámara de aire intermedia.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa, y en ningún sentido limitativa, de su
objeto en relación con los dibujos que se acompañan.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
intercambiador de calor para gases de escape según la presente
invención y la Figura 2 es una vista en perspectiva de un despiece
ordenado de la misma.
La Figura 3 es una vista en planta de un
intercambiador de calor para gases de escape según la presente
invención.
La Figura 4 es una vista de un intercambiador de
calor para gases de escape según la presente invención por la
sección BB de la Figura 3.
La Figura 5 es una vista frontal de la brida del
intercambiador de calor representado en las figuras anteriores.
Las Figuras 6 y 7 son vistas frontales de
variantes de realización de la brida del intercambiador de calor
objeto de la presente invención.
En un sistema EGR una parte de los gases de
escape del motor sale al exterior a través del tubo de escape y
otra parte se recircula. La cantidad a recircular está controlada
por la válvula EGR, que, en determinadas circunstancias, p. ej, en
una situación de máxima potencia, puede incluso estar cerrada y no
recircular nada. Los gases recirculados se mezclan con el aire
limpio y vuelven al motor a través del conducto de admisión.
En los sistemas EGR que incluyen un conducto de
derivación, los gases que se recirculan, pueden o no ser enfriados,
en función de la posición de la correspondiente válvula.
Para este tipo de sistemas EGR, la presente
invención proporciona un intercambiador de calor con el conducto de
derivación integrado.
Siguiendo las Figuras 1 a 5 se observa que un
intercambiador de calor 1 para gases de escape según la presente
invención está formado por una carcasa cilíndrica 2 que alberga en
su interior una cámara de refrigeración 3 constituida, de manera
conocida en la técnica, por un conjunto de tubos interconectados 4
por los que circula un líquido refrigerante que entra por el
conducto 5 y sale por el conducto 7 y un conducto 9 que actúa como
conducto de derivación para que circulen por él aquellos gases de
escape que no se desea refrigerar.
La carcasa 2 se cierra por ambos lados por dos
tapones 11 y 13 que sirven de medios de fijación de los tubos 4 y
del tubo de derivación 9. Esos tapones abrazan a los bordes de la
carcasa 2 lo que facilita el proceso de montaje de los tubos 4 y el
proceso de soldadura.
El intercambiador de calor 1 para gases de escape
según la presente invención se acopla con el dispositivo de entrada
de gases (no representado) mediante la brida 15 en la que quedan
delimitados un alojamiento 21 para los tubos refrigerantes 4 y un
alojamiento 22 para el conducto de derivación 9.
Una válvula apropiada (no representada),
accionada por los correspondientes medios de gobierno, conduce los
gases de escape hacia la cámara de refrigeración 3 o hacia el
conducto de derivación 9.
El acoplamiento del intercambiador de calor al
colector de admisión de gases del motor se realizará utilizando
medios convencionales como la brida 16, que puede ser igual que la
brida 15 por razones de economía o proceso, ú otros medios
conocidos en la técnica como un cono de reconducción más una brida
o un cono de reconducción y un anillo.
Siguiendo, en particular, las Figuras 4 y 5 se
observa que las dimensiones de los alojamientos 21 y 22 de la brida
15 están íntimamente relacionados con las áreas dedicadas a la
cámara de refrigeración 3 y al conducto de derivación 9. Así mismo
puede apreciarse la presencia en la brida 15 de una zona de
separación 23 de los alojamientos 21 y 22, relacionada con el
espacio disponible entre los tubos refrigerantes 4 y el conducto de
derivación resulta útil como medio de cierre, en combinación con la
válvula mencionada. El primer alojamiento 21 tiene forma de
segmento circular, de superficie algo mayor que un semicírculo de
la carcasa 2 y el segundo alojamiento 22 también tiene forma de
segmento circular, aunque con sus vértices redondeados. Entre ambos
alojamientos se sitúa la zona de separación 23 con su tramo central
delimitado por líneas rectas. En el primer alojamiento 21 se sitúan
doce tubos 4 y en el alojamiento 22 el conducto de derivación 9 de
una forma ovalada.
La Figuras 6 y 7 muestran bridas 18 y 19 en las
que los dos alojamientos 21 y 22 tienen forma de segmento circular.
En la primera, el conducto de derivación 9 tiene forma semicircular
y en la segunda, tiene una forma ovalada. Podría tener así mismo
forma circular y en cada caso habría un distinto grado de
aprovechamiento del espacio delimitado por el alojamiento 22.
Como bien comprenderá el experto en la materia,
el dimensionamiento de los alojamientos 21 y 22, del área de
refrigeración, utilizando uno ú otro número y tipo de tubos
refrigerantes 4, y del conducto de derivación 9, dependerá de las
necesidades funcionales de cada caso. Así, por ejemplo, se elegirá
para el conducto de derivación 9 la forma circular si se desea la
mejor relación entre área de paso y superficie de intercambio para
minimizar el intercambio de calor y se elegirá la forma de segmento
circular de la Figura 6 si se desea aprovechar al máximo la
superficie delimitada por el alojamiento 22 para minimizar las
pérdidas de carga y, finalmente, se elegirá la forma ovalada de la
Figura 7 si se desea una opción intermedia entre las anteriores.
La cámara de refrigeración 3 estará activa
permanentemente puesto que la circulación de líquido refrigerante
por los tubos 4 formará parte del circuito general de
refrigeración del motor. Consecuentemente, se contempla la
posibilidad de utilizar conductos de derivación 9 de doble pared con
cámara de aire intermedia para asegurar que el enfriamiento de los
gases que circulan por él no supera un valor predeterminado.
Respecto a las realizaciones descritas de la
invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (8)
1. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR incluyendo una cámara de refrigeración (3) formada por una
pluralidad de tubos refrigerantes (4), un conducto de derivación
(9) de aquellos gases de escape que no deben entrar en la cámara de
refrigeración (3) y medios de acoplamiento al dispositivo de
entrada de gases al intercambiador (1), estando la cámara de
refrigeración (3) y el conducto de derivación (9) situados dentro
de una carcasa cilíndrica (2) cerrada por tapones externos (11,
13), e incluyendo dichos medios de acoplamiento una brida (15, 18,
19) caracterizado porque dicha brida define un alojamiento
(21) para los tubos refrigerantes (4) de la cámara de refrigeración
(3), un alojamiento (22) para el conducto de derivación (9) y una
zona de separación (23) entre ambos.
2. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según la reivindicación 1, caracterizado porque los
mencionados alojamientos (21, 22) de la brida (18, 19) tienen forma
de segmento circular.
3. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según la reivindicación 2, caracterizado porque el
alojamiento (22) de la brida (15) para el conducto de derivación
(9) tiene vértices redondeados.
4. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque
la sección transversal del conducto de derivación (9) tiene forma
de segmento circular.
5. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la sección transversal del conducto de
derivación (9) tiene forma circular.
6. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3
caracterizado porque la sección transversal del conducto de
derivación (9) tiene forma ovalada.
7. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque los mencionados tapones externos (11,
13) abrazan los bordes de la carcasa cilíndrica (2) para facilitar
el montaje de los tubos refrigerantes (4) y la realización de
soldaduras.
8. Intercambiador de calor (1) para un sistema
EGR según cualquiera de las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque el conducto de derivación (9) es un
conducto de doble pared con una cámara de aire intermedia.
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