BR112017005364B1

BR112017005364B1 - Método e dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna por meio de um super carregador de onda de pressão

Info

Publication number: BR112017005364B1
Application number: BR112017005364-0A
Authority: BR
Inventors: Mario SKOPIL
Original assignee: 3Prex Ag
Priority date: 2014-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2022-01-25
Also published as: BR112017005364A2; CA2963031A1; US20170298809A1; KR20170067761A; RU2682208C2; WO2016059034A1; ZA201701880B; US10227913B2; ES2729605T3; EP3009629B1; CN107002580B; PL3009629T3; JP2017531133A; CN107002580A; EP3009629A1; CA2963031C; MX2017003913A; KR102203038B1; JP6636020B2; RU2017110869A3

Abstract

"MÉTODO E DISPOSITIVO PARA O AJUSTE DE UMA PRESSÃO DE CARGA EM UMA MÁQUINA DE COMBUSTÃO INTERNA POR MEIO DE UM CARREGADOR DE ONDA DE PRESSÃO". Método e um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna (39) com um carregador de onda de pressão (1), sendo que, o carregador de onda de pressão (1) apresenta um rotor da célula (8) o qual percorre pelo menos dois ciclos de compressão por rotação, sendo que, um fluxo de gases de exaustão de alta pressão (4c) é subdividido em um primeiro e em um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d, 4e), sendo que, no primeiro ciclo de compressão um fluxo de ar fresco (2c) e o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) são alimentados para o rotor da célula (8), e do rotor da célula (8) um primeiro fluxo de ar fresco comprimido (3c) e um fluxo de gases de exaustão de baixa pressão (5e) são descarregados, e sendo que, no segundo ciclo de compressão o fluxo de ar fresco (2c) bem como o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) são alimentados para o rotor da (...).

Description

Descrição

[001] A invenção refere-se a um método para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. Além disso, a invenção se refere a um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão de acordo com o preâmbulo da reivindicação 11.

Campo da Técnica

[002] É conhecido elevar a potência ou a eficiência de uma máquina de combustão interna através do emprego de um carregador de onda de pressão. O carregador de onda de pressão comprime o ar fresco aspirado e com isso eleva a pressão de carga da máquina de combustão interna. Partindo de um arranque a frio, durante a fase de operação seguinte a máquina de combustão interna de um veículo automotor é operada em estados diferentes. Por isso, para uma operação eficiente também é necessário adaptar o carregador de onda de pressão ao respectivo estado de operação teórico da máquina de combustão interna.

[003] O documento de patente alemão DE 10 2006 020 522 A1 divulga um método para a operação de uma máquina de combustão interna, no qual o ar fresco é comprimido através de um carregador de onda de pressão. A desvantagem nesse carregador de onda de pressão é fato de que para o seu controle é necessário um deslocamento da carcaça. O documento de patente internacional WO2011/100958A1 divulga um outro método para o ajuste de uma pressão de carga de uma máquina de combustão interna com auxílio de um carregador de onda de pressão. A desvantagem no caso desse carregador de onda de pressão é fato de que para o seu controle é necessária uma corrediça regulável na carcaça de ar. Ambos os métodos apresentam a desvantagem que tanto no caso de um arranque a frio, bem como com carga baixa do motor ou com uma vazão pequena eles não podem ser operados de modo eficiente, uma vez que só pode ser gerada uma pressão muito baixa. Além disso, os dois carregadores de onda de pressão conhecidos apresentam a desvantagem que, condicionados à construção, é necessária uma medida de fenda relativamente grande entre os componentes rotativos e os estacionários, o que reduz adicionalmente o grau de eficiência.

Apresentação da invenção

[004] A tarefa da invenção é formar um método, bem como um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão, os quais sejam vantajosos em relação ao comportamento de emissões, comportamento de resposta e grau de eficiência. O método de acordo com a invenção e o dispositivo de acordo com a invenção devem poder acumular uma pressão, em particular, também no caso de pequenas vazões e, além disso, devem apresentar um grau de eficiência maior.

[005] Essa tarefa é solucionada com um método para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão que apresenta as características da reivindicação 1. As reivindicações subordinadas de 2 a 10 se referem a outras etapas do método vantajosas. Além disso, a tarefa é solucionada com um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão que apresenta as características da reivindicação 11. As reivindicações subordinadas de 12 a 13 se referem a outros dispositivos executados de modo vantajoso.

[006] A tarefa é solucionada, em particular, com um método para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão, sendo que, o carregador de onda de pressão apresenta um rotor da célula, o qual percorre pelo menos dois ciclos de compressão por rotação, sendo que, um fluxo de gases de exaustão de alta pressão é subdividido em um primeiro e em um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, sendo que, no primeiro ciclo de compressão um fluxo de ar fresco, bem como o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão são alimentados para o rotor da célula, e do rotor da célula um primeiro fluxo de ar fresco comprimido e um fluxo de gases de exaustão de baixa pressão são descarregados, e sendo que, no segundo ciclo de compressão o fluxo de ar fresco bem como o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão são alimentados para o rotor da célula, e do rotor da célula um fluxo de ar fresco comprimido e o fluxo de gases de exaustão de baixa pressão são descarregados, sendo que, o primeiro e o segundo fluxo de ar fresco comprimido são reunidos para formar um ar de carga, e sendo que, o ar de carga é alimentado para a máquina de combustão interna e, sendo que, as quantidades do primeiro e do segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão são controladas independentes uma da outra e desse modo a pressão ou eventualmente a quantidade do ar de carga são controlados. De preferência, o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão é alimentado de modo descontrolado para o rotor da célula, e o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão é alimentado de modo controlado para o rotor da célula, a fim de controlar desse modo a pressão de carga do ar de carga, sendo que, o segundo fluxo de ar fresco comprimido é conduzido através de uma válvula de retenção, antes que o primeiro e o segundo fluxo de ar fresco comprimido sejam reunidos para formar o ar de carga.

[007] Além disso, a tarefa é solucionada, em particular, com um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão, sendo que, o carregador de onda de pressão compreende um rotor da célula, um canal do ar de aspiração, um canal de ar de carga, um canal de gases de exaustão de alta pressão, bem como um canal de descarga, sendo que, o canal do ar de aspiração, o canal de gases de exaustão de alta pressão, bem como o canal de ar de carga estão dispostos de tal modo que, através do canal do ar de aspiração pode ser alimentado um fluxo de ar fresco, e através do canal de gases de exaustão de alta pressão pode ser alimentado um fluxo de gases de exaustão de alta pressão para o rotor da célula, e pelo fato de que através do canal de ar de carga pode ser descarregado um ar fresco comprimido para fora do rotor da célula, sendo que, o carregador de onda de pressão é executado de tal modo que durante uma rotação esse carregador executa pelo menos um primeiro e um segundo ciclo de compressão, pelo fato de que o canal do ar de aspiração se bifurca em um primeiro e em um segundo canal parcial do ar de aspiração, pelo fato de que o canal de gases de exaustão de alta pressão se bifurca em um primeiro e em um segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão, e pelo fato de que o canal de ar de carga é alimentado por um primeiro e por um segundo canal parcial de ar de carga, sendo que, no segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão está disposta uma válvula controlável, a fim de controlar a quantidade do fluxo de gases de exaustão de alta pressão que flui através do segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão, sendo que, no segundo canal condutor de ar está disposta uma válvula de retenção e, sendo que, está disposto um dispositivo de controle e de regulagem, o qual em função de uma especificação de carga aciona a válvula controlável, em particular, um pedal de acelerador, a fim de controlar deste modo a pressão do ar de carga alimentado para a máquina de combustão interna.

[008] No caso do método de acordo com a invenção, o carregador de onda de pressão compreende pelo menos dois ciclos de compressão, sendo que, em pelo menos um dos ciclos de compressão está disposta uma válvula, por exemplo, executada como uma corrediça de controle, com a qual o fluxo de gases de exaustão de alta pressão pode ser aberto ou fechado, ou com a qual a quantidade de gás que passa através ou a pressão do fluxo de gases de exaustão de alta pressão pode ser regulada. O ajuste da corrediça de controle define a superfície de acúmulo que atua sobre o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e ou sobre a carga que flui através da corrediça de controle, de tal modo que o ajuste da corrediça de controle define a pressão que atua sobre o segundo fluxo de ar fresco comprimido. A regulagem do fluxo de gases de exaustão de alta pressão tem como consequência que a pressão ou a quantidade de ar de carga fornecida pelo carregador de onda de pressão pode ser regulada. Esse método apresenta a vantagem de que, com uma carga do motor baixa ou com uma vazão baixa dos gases de exaustão, o segundo ciclo de compressão permanece completamente desligado, pelo fato de que durante o segundo ciclo de compressão, a válvula permanece completamente fechada. Devido ao desligamento de um dos fluxos de gases de exaustão de alta pressão, no carregador de onda de pressão estão disponíveis menos canais condutores de gás, o que resulta a vantagem que também com uma pequena vazão pode ser gerada uma correspondente pressão do ar de carga. O desligamento de um ciclo de compressão tem como consequência que, nesse estado de operação, o fluxo de gases de exaustão de alta pressão do dispositivo de acordo com a invenção é operado somente com a metade da superfície de acúmulo, de tal modo que a seção transversal livre é igual somente à metade em relação a uma operação sem desligamento de ciclo, de tal modo que é possível, mesmo com pequenas vazões acumular ou gerar uma pressão suficientemente alta, a fim de gerar deste modo um ar de carga com pressão correspondente. O método de acordo com a invenção apresenta a vantagem que, no caso de um arranque a frio, o carregador de onda de pressão apresenta um comportamento de resposta consideravelmente melhor, isto é, durante a partida a frio o carregador de onda de pressão pode formar de modo relativamente rápido uma pressão de carga apropriada, a fim de alimentar a máquina de combustão interna com um ar de carga que está sob pressão, ou a fim de operar a máquina de combustão interna com uma potência maior. Em uma outra execução vantajosa o método apresenta a vantagem de que o carregador de onda de pressão pode ser operado com um único ciclo de compressão até aproximadamente a metade de sua capacidade total, e que o carregador de onda de pressão pode ser operado com mais da metade da capacidade total com dois ciclos de compressão, e que o número de rotações do carregador de onda de pressão, durante a ligação do segundo ciclo de compressão, de forma vantajosa só precisa ser variado bem pouco. Com isso, na maior parte o carregador de onda de pressão opera na faixa do número de rotações superior, o que resulta a vantagem de que não são mais necessárias corrediças ou cantos de controle ajustáveis como os que são conhecidos, por exemplo, da publicação da patente europeia EP 2562381A1 do estado da técnica.

[009] De forma vantajosa, o método de acordo com a invenção ocorre, de tal modo que o carregador de onda de pressão é operado em um primeiro estado de operação, no qual durante o primeiro ciclo de compressão ao rotor da célula é alimentado um primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, e durante o segundo ciclo de compressão não é alimentado nenhum segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, de tal modo que o carregador de onda de pressão é operado em um segundo estado de operação, no qual para o rotor da célula tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, e pelo fato de que dependendo de um valor do estado de operação medido e de um valor de comutação teórico predeterminado é comutado entre o primeiro e o segundo estado de operação. Como grandeza de estado durante a operação do carregador de onda de pressão, como valor do estado de operação medido é apropriada, em particular, a quantidade de ar de carga alimentada para a máquina de combustão interna ou a pressão do ar de carga ou o número de rotações do motor. Como valor de comutação teórico é apropriado, em particular, um valor na faixa entre 40% até 50% de um máximo valor do estado de operação possível.

[0010] O método de acordo com a invenção apresenta a vantagem que, de forma vantajosa o fluxo de gases de exaustão de alta pressão procedente da máquina de combustão interna pode ser aproveitado a fim de gerar uma pressão do ar de carga adaptada à respectiva faixa de potência do motor, ou a fim de alimentar à máquina de combustão interna uma quantidade de ar de carga adaptada à respectiva faixa de potência do motor. A quantidade do ar de carga alimentada é definida em particular para o ajuste da válvula borboleta do ar de carga.

[0011] Em uma outra execução vantajosa o método de acordo com invenção ocorre, de tal modo que no primeiro estado de operação durante o segundo ciclo de compressão, o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão ou o segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão não é completamente interrompido. Por isso, esse outro método vantajoso ocorre, de tal modo que o carregador de onda de pressão é operado em um primeiro estado de operação, no qual durante o primeiro ciclo de compressão ao rotor da célula é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, e durante o segundo ciclo de compressão o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão ou o fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão é reduzido através de uma válvula, e deste modo é alimentado um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão reduzido, de tal modo que o carregador de onda de pressão é operado em um segundo estado de operação, no qual ao rotor da célula tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão não reduzido, e pelo fato de que dependendo de um valor do estado de operação medido e de um valor de comutação teórico predeterminado é comutado entre o primeiro e o segundo estado de operação.

[0012] O método de acordo com a invenção e o dispositivo de acordo com a invenção requerem um carregador de onda de pressão com pelo menos dois ciclos de compressão, sendo que, também podem ser previstos mais de dois ciclos de compressão, sendo que, pelo menos um dos ciclos de compressão apresenta uma válvula controlável com a qual o fluxo de gases de exaustão de alta pressão do ciclo de compressão correspondente pode ser controlado e desligado, a fim de com isso controlar a pressão ou a quantidade de fluxo de ar fresco e, deste modo controlar a quantidade e a pressão do ar de carga.

[0013] Em uma execução vantajosa a válvula está em condições de regular tanto o fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão alimentado para o rotor da célula do carregador de onda de pressão, como também regular a quantidade de gás de exaustão alimentado para a bolsa de gás variável. Em uma execução particularmente vantajosa, a válvula é executada como uma corrediça de controle.

[0014] A seguir a invenção será descrita em detalhes por meio de exemplos.

Breve descrição dos desenhos

[0015] Os desenhos empregados para o esclarecimento dos exemplos de execução mostram:

[0016] A fig. 1, uma representação esquemática de uma máquina de combustão interna com um carregador de onda de pressão;

[0017] A fig. 2, uma representação da pressão do ar de carga gerada pelo carregador de onda de pressão em função da vazão;

[0018] A fig. 3, um corte longitudinal através de um carregador de onda de pressão de forma esquemática;

[0019] A fig. 4, um corte através de um exemplo de execução de uma corrediça giratória;

[0020] A fig. 5, um corte através de um exemplo de execução de uma válvula de retenção;

[0021] A fig. 6, uma vista em perspectiva de uma parte rotativa de uma corrediça giratória;

[0022] A fig. 7, uma vista em perspectiva de uma luva externa para a corrediça giratória representada na fig. 6.

[0023] Em princípio, nos desenhos as partes iguais são providas de números de referência iguais.

Meios para a execução da invenção

[0024] A figura 1 mostra um dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna 39. A máquina de combustão interna 39 compreende uma infinidade de cilindros 30 dos quais somente um único está representado na figura 1. No cilindro 30 está disposto um pistão 31. O cilindro 30 dispõe de uma válvula de entrada 34, de uma válvula de saída 35, bem como de uma vela de ignição 33. Ao cilindro 30 é alimentado um ar de carga 3e através de um canal do ar de carga 3, sendo que, ao ar de carga 3e é misturado, além disso, um combustível através de uma válvula de injeção 36. Os gases de exaustão de combustão que saem do cilindro 30 são desviados como fluxo de gases de exaustão de alta pressão 4c através de um canal de gases de exaustão 4. Com pelo menos um sensor 10, por exemplo, um sensor de pressão 10a para a medição da pressão do ar de carga 3e, ou com um sensor 10b para a medição da quantidade do ar de carga 3e, por exemplo, um sensor de fio quente, o dispositivo de controle e de regulagem 40 pode medir um estado de operação B da máquina de combustão interna 39 ou do carregador de onda de pressão 1, ou calcular um estado de operação B a partir dos valores medidos.

[0025] Além disso, a figura 1 mostra um carregador de onda de pressão 1, que compreende uma carcaça de ar 6, uma carcaça de gás 7, um rotor da célula 8 disposto nela, apoiado podendo girar, bem como, uma pluralidade de alimentadores, desvios e acionamentos. A figura 1 mostra a realização de um corte do cilindro através de 360odo rotor da célula 8 e os correspondentes alimentadores, desvios e acionamentos, sendo que, o carregador de onda de pressão 1 ou o rotor da célula 8 é projetado para dois ciclos de compressão por rotação.

[0026] Um fluxo de ar fresco 2c é conduzido através de um filtro de ar 16 acima de um canal de ar de aspiração 2, e em seguida é subdividido em dois fluxos parciais, e através de um primeiro canal parcial de ar de aspiração 2a e de um segundo canal parcial de ar de aspiração 2b é alimentado para o rotor da célula 8 através de uma entrada de ar fresco 6a. Um gás de exaustão de baixa pressão flui através de uma saída de gases de exaustão 5c bem como de uma saída de gases de exaustão 5d para fora do rotor da célula 8, depois flui através de um catalisador de oxidação 17 e de um canal de descarga 5 e depois é entregue ao meio ambiente como seu fluxo de gases de exaustão de baixa pressão 5e. O fluxo de gases de exaustão de alta pressão 4c é alimentado através do canal de gases de exaustão 4 para um catalisador de três vias 19, e depois através de um primeiro canal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4a, bem como de um segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4b é dividido em um primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d e em um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e. O primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d é dividido em um primeiro fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4g, bem como em um primeiro fluxo de bolsa de gás 4f. O primeiro fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4g é alimentado através de uma entrada de gases de exaustão 7a para o rotor da célula 8, e o primeiro fluxo de bolsa de gás 4f é alimentado para uma bolsa de gás 7e. No caso do primeiro fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4g para o rotor da célula 8 não está prevista nenhuma válvula, de tal modo que o primeiro fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4g é alimentado de modo descontrolado para o rotor da célula 8. Através de uma primeira válvula da bolsa de gás 20 compreendendo um acionamento da válvula de bolsa de gás 20a, a proporção do primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d pode ser controlada, a qual é alimentada para a bolsa de gás 7e como primeiro fluxo de bolsa de gás 4f. Em um método vantajoso, por exemplo, depois de um arranque a frio de um motor, a válvula da bolsa de gás 20 permanece fechada, por exemplo, durante uma fase de aquecimento, de tal modo que o fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4g corresponde ao primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d.

[0027] O segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4b é dividido em um segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4i, bem como em um segundo fluxo de bolsa de gás 4h. O segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4i é alimentado através de uma válvula de fluxo de gás principal 21b controlável para uma entrada de gases de exaustão 7d e depois para válvula para o rotor da célula 8. O segundo fluxo de bolsa de gás 4h é alimentado a uma bolsa de gás 7e. Através de uma segunda válvula da bolsa de gás 21a compreendendo um acionamento da válvula da bolsa de gás 21c, bem como através da válvula de fluxo de gás principal 21b com acionamento 21d a divisão do primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d pode ser controlado para o segundo fluxo de bolsa de gás 4h, bem como para o segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4i. A válvula de fluxo de gás principal 21b, bem como a segunda válvula da bolsa de gás 21a podem ser acopladas entre si, e podem ser controladas também independentes uma da outra, e por conseguinte também podem assumir diferentes posições, e, em particular, também podem ser abertas totalmente ou ser totalmente fechadas. A válvula da bolsa de gás 21a e a válvula de fluxo de gás principal 21b também podem ser executadas como uma única válvula 21, a qual forma tanto a válvula da bolsa de gás como também a válvula de fluxo de gás principal. Em um método vantajoso, por exemplo, depois de um arranque a frio de um motor, a válvula da bolsa de gás 21a permanece fechada, por exemplo, durante uma fase de aquecimento, de tal modo que o segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4i corresponde ao segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e.

[0028] O fluxo de ar fresco 2c que entra no rotor da célula 8 através das entradas de ar fresco 6a é comprimido no rotor da célula 8, e através das saídas de ar de carga 6b como primeiro e como segundo fluxo de ar fresco comprimido 3c, 3d é alimentado com auxílio de um primeiro canal parcial de ar de carga 3a ou de um segundo canal parcial de ar de carga 3b para um resfriador do ar de carga 18, a fim de ser alimentado em seguida como ar de carga 3e para o cilindro 30. No segundo canal parcial de ar de carga 3b está disposta uma válvula de retenção 9. A válvula de retenção 9 é necessária a fim de evitar que o ar de carga 3e flua de volta para o rotor da célula 8, em particular, então quando a válvula 21 ou 21b está totalmente fechada.

[0029] Além disso, o carregador de onda de pressão 1 compreende um dispositivo de controle e de regulagem 40, o qual está ligada através de condutores de sinal com uma especificação de carga 38, de preferência, executada como um acelerador, bem como com uma válvula de estrangulamento do ar de carga 37, com um motor elétrico 15, bem como, com acionamentos 20a, 21c, 21d. O motor elétrico 15 está ligado com o rotor da célula 8 através de um eixo do rotor 12, a fim de acionar esse rotor. Em uma outra execução, o acionamento do rotor 8 pode ocorrer através da máquina de combustão interna 39 ao invés de pelo motor elétrico 15 através de uma engrenagem apropriada.

[0030] O método para o ajuste da pressão de carga na máquina de combustão interna 39 com o carregador de onda de pressão 1 ocorre de tal modo que o rotor da célula 8 percorre dois ciclos de compressão por rotação, sendo que, o fluxo de gases de exaustão de alta pressão 4c é subdividido em um primeiro e em um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, 4e, sendo que, no primeiro ciclo de compressão o fluxo de ar fresco 2c bem como o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d são alimentados para o rotor da célula 8, e do rotor da célula 8 o primeiro fluxo de ar fresco comprimido 3c e o fluxo de gases de exaustão de baixa pressão 5e são descarregados, e sendo que, no segundo ciclo de compressão o fluxo de ar fresco 2c, bem como o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e são alimentados para o rotor da célula 8, e do rotor da célula 8 o segundo fluxo de ar fresco comprimido 3d e o fluxo de gases de exaustão de baixa pressão 5e são descarregados, sendo que, o primeiro e o segundo fluxo de ar fresco comprimido 3c, 3d são reunidos para formar um ar de carga 3e, e sendo que, o ar de carga 3e é alimentado para a máquina de combustão interna 39. A quantidade do primeiro e do segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, 4e são controlados independentes um do outro, a fim de gerar desse modo a pressão necessária do ar de carga 3e. De preferência, o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d é alimentado de modo descontrolado para o rotor da célula 8, e o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e é alimentado de modo controlado para o rotor da célula 8 através da válvula 21, 21b, a fim de controlar desse modo a pressão de carga do ar de carga. As duas válvulas 20 e 21 podem ser controladas, de preferência, independentes uma da outra, sendo que, essas válvulas 20 e 21 são separadas de preferência, mecanicamente, de tal modo que essas válvulas podem ser movimentadas independentes uma da outra.

[0031] A figura 2 mostra a vazão V do ar de carga 3e ou a quantidade de ar de carga em função de uma relação de pressão PD do ar de carga 3e. Como quantidade é entendido o fluxo de massa de ar de carga em quilograma por segundo. A vazão V é indicada em % de uma vazão máxima, a qual é maximamente possível em uma respectiva combinação entre máquina de combustão interna 39 e carregador de onda de pressão 1. A relação de pressão PD é o quociente entre a pressão de ar de carga P do ar de carga 3e e a pressão ambiental. Em uma faixa de potência inferior ou em um primeiro estado de operação L1 a máquina de combustão interna 39 necessita somente de uma quantidade limitada de ar de carga 3e. À máquina de combustão interna 39 pode ser alimentada somente uma quantidade de ar de carga máxima LMax. No caso de uma quantidade de ar de carga 3e alimentada atualmente de menos que aproximadamente de 40% a 50% da quantidade de ar de carga máxima LMax, ao rotor da célula 8 é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d durante o primeiro ciclo de compressão, contra o que durante o segundo ciclo de compressão não é alimentado nenhum segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e, pelo fato de que a válvula de fluxo do gás principal 21b e a segunda válvula da bolsa de gás 21a está totalmente fechada. Assim que a máquina de combustão interna 39 é operada em uma faixa de potência superior ou em um segundo estado de operação L2, essa máquina irá precisar de uma quantidade de ar de carga 3e maior. Nesse estado de operação o carregador de onda de pressão é operado conforme a curva L2 e, com isso, ao rotor da célula 8, tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e, pelo fato de que durante o segundo ciclo de compressão a válvula de fluxo do gás principal 21b e, caso necessário também a segunda válvula da bolsa de gás 21a é aberta, pelo menos parcialmente.

[0032] O carregador de onda de pressão 1 também poderia ser operado na faixa de potência inferior ou no primeiro estado de operação L1, de tal modo que tanto durante o primeiro ciclo de compressão o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d é alimentado, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado,o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e, pelo fato de que os dois fluxos parciais de gases de exaustão de alta pressão 4d, 4e podem ser controlados através de uma válvula de fluxo do gás principal controlável separadamente e no máximo adicionalmente através de uma válvula da bolsa de gás.

[0033] Em um método preferido, o carregador de onda de pressão 1 é operado em um primeiro estado de operação L1, no qual durante o primeiro ciclo de compressão ao rotor da célula 8 é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, e durante o segundo ciclo de compressão nenhum segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e é alimentado, e o carregador de onda de pressão 1 é operado em um segundo estado de operação L2 no qual tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado ao rotor da célula 8 o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e, e pelo fato de que dependendo do valor do estado de operação B medido e de um valor de comutação teórico S predeterminado é comutado entre o primeiro e o segundo estado de operação L1, L2.

[0034] Como valor do estado de operação B é empregado, de preferência, o valor da quantidade alimentada do ar de carga 3e, ou a pressão do ar de carga P do ar de carga 3e, ou o número de rotações do motor U da máquina de combustão interna. Como o valor de comutação teórico S é predeterminado, de preferência, um valor de referência, correspondente ao valor do estado de operação. O valor de comutação teórico S é escolhido, por exemplo, de tal modo que uma quantidade de ar de carga máxima LMax pode ser alimentada para a máquina de combustão interna 39, e pelo fato de que o valor de comutação teórico S é um valor na faixa S1 de 40% até 50% da quantidade de ar de carga máxima LMax. O valor de comutação teórico S, por exemplo, também pode ser escolhido de tal modo que o ar de carga 3e alimentado para a máquina de combustão interna 39 pode apresentar uma máxima pressão do ar de carga PMax, e pelo fato de que o valor de comutação teórico S é um valor na faixa de 40% até 50% da máxima pressão do ar de carga PMax, por exemplo, 40% ou 45% ou 50%.

[0035] No caso de uma quantidade de ar de carga 3e alimentada atualmente de mais que um valor de comutação teórico S predeterminado, de preferência, de 40% a 50% da máxima quantidade do ar de carga LMax, ao rotor da célula 8 no segundo estado de operação L2 tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e, pelo fato de que a válvula de fluxo do gás principal 21b e eventualmente também a segunda válvula da bolsa de gás 21a é aberta. A comutação entre os dois estados de operação L1, L2 ocorre, como mostrado na figura 2, de preferência, dentro de uma área S1, sendo que, a área S1, no exemplo de execução representado, apresenta uma largura de 10%. De forma vantajosa, para a comutação entre os dois tipos de operação é especificado um valor de comutação teórico S, por exemplo, 40% ou 45% ou 50%, em cuja ultrapassagem é comutado, partindo de valores baixos, para o tipo de operação L2, no qual tanto durante o primeiro ciclo de compressão, como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o primeiro ou o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d, 4e e no seu não alcance, partindo de valores altos, é comutado para o tipo de operação L1, no qual só durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4d.

[0036] Como pode ser visto na figura 2, o método de acordo com a invenção apresenta a vantagem que a pressão do ar de carga 3e na área da curva L1, isto é, também no caso de uma vazão menor, pode ser mantida em um valor relativamente alto.

[0037] O carregador de onda de pressão 1 representado na figura 1 também pode ser executado, de tal modo que ele compreende mais que dois ciclos de compressão, por exemplo, 3, 4, 5 ou 6 ciclos de compressão, sendo que, pelo menos um fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e precisa ser controlado independente dos outros fluxos parciais de gases de exaustão de alta pressão 4d, a fim de obter o efeito descrito nas figuras 1 e 2.

[0038] A figura 3 mostra em um corte longitudinal um carregador de onda de pressão 1 executado de forma particularmente vantajosa, compreendendo uma carcaça de ar 6 um rotor da célula 8 com uma carcaça do rotor 11 que envolve esse rotor, bem como uma carcaça de gás 7. O rotor da célula 8 está apoiado nos dois lados em cada um dos mancais 13, 14 através de um eixo do rotor 12 e é acionado por um motor elétrico 15 ou através de uma engrenagem. O fluxo de ar fresco 2c é alimentado através do canal do ar de aspiração 2, é comprimido no rotor da célula 8, e através do canal do ar de carga 3 é descarregado novamente como fluxo de ar fresco comprimido 3c. O fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4c é alimentado ao rotor da célula 8 através do canal de gases de exaustão 4, e é descarregado de novo como fluxo de gases de exaustão de baixa pressão 5e através do canal de descarga 5. A carcaça de gás 7 compreende um resfriamento de água 7b, 7c, o que resulta a vantagem de que as temperaturas da carcaça de gás 7 são reduzidas. Isso possibilita que, apesar das altas temperaturas do fluxo de gases de exaustão de alta pressão 4c, é possível montar uma válvula 21 funcionando de modo confiável na carcaça de gás 7.

[0039] A figura 4 mostra esquematicamente uma válvula 21 disposta na carcaça de gás 7. O segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão 4e é alimentado para a válvula 21 através de um segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4b e é alimentado ao rotor da célula 8 como segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão 4i, através da entrada de gases de exaustão 7d. Além disso, dependendo do ajuste da válvula 21, é alimentado um segundo fluxo de bolsa de gás 4h a uma bolsa de gás 7e. Em uma execução vantajosa, a válvula 21 compreende uma luva 21e, na qual está apoiada, podendo girar, uma corrediça giratória 21f. A luva 21 é constituída, de preferência, de aço e está disposta, de forma vantajosa, na carcaça de gás 7.

[0040] A figura 5 mostra, a título de exemplo, uma válvula de retenção 9, a qual está disposta na carcaça de ar 6 no canal parcial do ar de carga 3b, e impede um fluxo de retorno do segundo fluxo de ar fresco 3d comprimido para a saída do ar de carga 6b ou para o rotor da célula 8.

[0041] As figuras 6 e 7 mostram um exemplo de execução de uma válvula 21, que compreende uma luva de aço 21e, bem como uma parte de válvula 21g apoiada podendo girar nela. A luva 21e compreende uma abertura de entrada 7f, bem como aberturas de saída 7d, 7e. A parte de válvula 21g giratória compreende uma corrediça giratória 21f, sendo que, a parte de válvula 21g giratória está apoiada podendo girar na luva 21e, de tal modo que a corrediça giratória 21f pode cobrir as aberturas de saída 7d, 7e parcialmente ou totalmente ou pode abri-las totalmente em função de seu ajuste.

Claims

1. Método para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna (39) com um carregador de onda de pressão (1), sendo que, o carregador de onda de pressão (1) apresenta um rotor da célula (8) o qual percorre pelo menos dois ciclos de compressão por rotação, sendo que a válvula, por meio desta a os gases de exaustão de alta pressão podem ser abertos ou fechados, ou por meio desta a quantidade de gás fluindo através dos gases de exaustão de alta pressão podem ser regulados, é disposta em pelo menos um dos ciclos de compressão, sendo que, um fluxo de gases de exaustão de alta pressão (4c) é subdividido em um primeiro e em um segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d, 4e), sendo que, no primeiro ciclo de compressão um fluxo de ar fresco (2c) e o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) são alimentados para o rotor da célula (8), e um primeiro fluxo de ar fresco comprimido (3c) e um fluxo de gases de exaustão de baixa pressão (5e) são descarregados do rotor da célula (8) , e sendo que, o fluxo de ar fresco (2c) e o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) são alimentados para o rotor da célula (8) e um segundo fluxo de ar fresco comprimido (3d), sendo que a válvula de verificação (9) é disposta no segundo canal condutor de ar (3b) para evitar que o ar de carga (3e) flua de volta ao rotor da célula (8), e o fluxo de gases de exaustão de baixa pressão (5e) são levados para longe do rotor da célula (8) no segundo ciclo de compressão, sendo que , o primeiro e o segundo fluxo de ar fresco comprimido (3c, 3d) são reunidos para formar um ar de carga (3e), e sendo que, o ar de carga (3e) é alimentado para a máquina de combustão interna (39), caracterizado pelo fato de que as quantidades do primeiro e do segundo fluxos parciais de gases de exaustão de alta pressão (4d, 4e) são controlados independentemente uns dos outros, e a quantidade de ar de carga (3e) é controlada de tal modo, sendo que o supercarregador de onda de pressão (1) é operado em um primeiro estado de operação (L1), no qual, durante o primeiro ciclo de compressão, o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) é alimentado ao rotor da célula (8), e, durante o segundo ciclo de compressão, não é alimentado nenhum segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) ao rotor da célula (8), sendo que o super carregador de onda de pressão (1) é operado em um segundo estado de operação (L2), no qual ao rotor da célula (8) tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d), como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) e pelo fato de que uma comutação é feita entre os primeiro e segundo estados de operação (L1, L2) dependendo de um valor do estado de operação (B) medido e de um valor de comutação teórico (S) predeterminado.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor do estado de operação (B) é o valor da quantidade alimentada do ar de carga (3e) ou da pressão do ar de carga (P) ou do número de rotações do motor (U), e pelo fato de que o valor de comutação teórico (S) é um valor de referência predeterminado, correspondente ao valor do estado de operação (B).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de ar de carga máxima Lmax pode ser alimentada para a máquina de combustão interna (39), e pelo fato de que o valor de comutação teórico (S) é um valor na faixa de 40% até 50% da quantidade de ar de carga máxima Lmax.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ar de carga (3e) alimentado para a máquina de combustão interna (39) pode apresentar uma máxima pressão do ar de carga Pmax, e pelo fato de que o valor de comutação teórico (S) é um valor na faixa de 40% até 50% da máxima pressão do ar de carga Pmax.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que durante o primeiro ciclo de compressão o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) é alimentado de modo descontrolado para o rotor da célula (8), e pelo fato de que durante no segundo ciclo de compressão é alimentado de modo controlado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4c) para o rotor da célula (8) através de uma válvula (21).

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) é subdividido em um primeiro fluxo de bolsa de gás (4f) e em um primeiro fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4g), e pelo fato de que o primeiro fluxo de bolsa de gás (4f) é controlado em função da pressão necessária do ar de carga (3e).

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) é subdividido em um segundo fluxo de bolsa de gás (4h) e em um segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4i), e pelo fato de que o segundo fluxo de bolsa de gás (4h) e/ou o segundo fluxo principal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4i) é controlado em função da pressão necessária do ar de carga (3e).

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número de rotações do rotor da célula (8) é reduzido quando o carregador de onda de pressão (1) é operado no segundo estado de operação (L2), e pelo fato de que o número de rotações do rotor da célula (8) é aumentado quando o carregador de onda de pressão (1) é operado no primeiro estado de operação (L1).

9. Dispositivo para o ajuste de uma pressão de carga em uma máquina de combustão interna (39) com um super carregador de onda de pressão (1), sendo que, o super carregador de onda de pressão (1) compreende um rotor da célula (8), um canal do ar de aspiração (2), um canal de ar de carga (3), um canal de gases de exaustão de alta pressão (4), bem como um canal de descarga (5), sendo que, o canal do ar de aspiração (2), o canal de gases de exaustão de alta pressão (4), bem como o canal de ar de carga (3) estão dispostos de tal modo que, através do canal do ar de aspiração (2) pode ser alimentado ao rotor da célula (8) um fluxo de ar fresco (2c) e através do canal de gases de exaustão de alta pressão (4) pode ser alimentado um fluxo de gases de exaustão de alta pressão (4c) ao rotor da célula (8), e pelo fato de que através do canal de ar de carga (3) pode ser descarregado um ar fresco comprimido para fora do rotor da célula (8), sendo que, o super carregador de onda de pressão (1) é executado de tal modo que durante uma rotação esse carregador executa pelo menos um primeiro e um segundo ciclo de compressão, pelo fato de que o canal do ar de aspiração (2) se bifurca em um primeiro e em um segundo canal parcial do ar de aspiração (2a, 2b), pelo fato de que o canal de gases de exaustão de alta pressão (4) se bifurca em um primeiro e em um segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4a, 4b) e pelo fato de que o canal de ar de carga (3) é alimentado por um primeiro e por um segundo canal parcial de ar de carga (3a, 3b), caracterizado pelo fato de - que no segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4b) está disposta uma válvula (21) controlável, a fim de controlar a quantidade do fluxo de gases de exaustão de alta pressão (4c) que flui através do segundo canal parcial de gases de exaustão de alta pressão (4b), - que no segundo canal condutor de ar (3b) está disposta uma válvula de retenção (9), e - que está disposto um dispositivo de controle e de regulagem (40), o qual em função de uma especificação de carga (38) aciona a válvula (21) controlável, em particular o pedal de gás, a fim de controlar deste modo a pressão do ar de carga (3e) alimentado para a máquina de combustão interna (39), sendo que o super carregador de onda de pressão (1) pode ser operado em um primeiro estado de operação (L1), no qual, durante o primeiro ciclo de compressão, o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d) é alimentado ao rotor da célula (8), e, durante o segundo ciclo de compressão, não é alimentado nenhum segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) ao rotor da célula (8), sendo que o super carregador de onda de pressão (1) é operado em um segundo estado de operação (L2), no qual ao rotor da célula (8) tanto durante o primeiro ciclo de compressão é alimentado o primeiro fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4d), como também durante o segundo ciclo de compressão é alimentado o segundo fluxo parcial de gases de exaustão de alta pressão (4e) e pelo fato de que uma comutação pode ser feita entre os primeiro e segundo estados de operação (L1, L2) dependendo de um valor do estado de operação (B) medido e de um valor de comutação teórico (S) predeterminado.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a válvula (21) controlável é executada como uma válvula de corrediça giratória.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, carac-terizadopelo fato de que a válvula (21) compreende duas válvulas parciais, uma primeira válvula parcial (21a) cujo canal condutor de fluido seguinte desemboca em uma bolsa de gás, e uma segunda válvula parcial (21b), cujo canal condutor de fluido seguinte desemboca em um canal principal (8a) do rotor da célula (8).