BR112017009722B1 - Dispositivo de sobrealimentação para um motor de combustão interna - Google Patents

Abstract

Um dispositivo de sobrealimentação e a um método para operar o dito dispositivo de sobrealimentação para um motor de combustão interna (1), compreendendo um turbocompressor de gás de escape (4) e um carregador de recuperação (12) que tem uma turbina compressora (13) e um motor-gerador eletromecânico (14) acoplados ao mesmo. A turbina compressora (13) pode ser ligada através de ligações de linha e dispositivos de válvula (15a a f) no seu lado de baixa pressão (ND) a jusante do compressor de ar fresco (6) do turbocompressor de gás de escape (4), à linha de alimentação de ar de carga (8) e pode ser ligada no seu lado de alta pressão (HD) a ambas referida linha de alimentação de ar de carga (8) e ao tubo de gás de escape (3), o carregador de recuperação (12) sendo capaz de ser comutado pelo menos entre um modo operativo de reforço e um modo operativo de recuperação por meio dos referidos dispositivos de válvula (15a a f) e do motor-gerador (14). O carregador de recuperação (12) pode ser operado tanto como um compressor para aumentar a pressão na linha de alimentação de ar de carga (8), em um modo operativo de reforço acionado pelo motor-gerador (14), ou, acionado por pelo menos uma parte do fluxo de massa de ar de carga (26) e/ou o fluxo de massa de gás de escape (24), operado como uma turbina de modo a recuperar a energia por meio do referido motor-gerador (14).

Description

DESCRIÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de sobrealimentação para um motor de combustão interna possuindo um turbocompressor de gás de escape, e a um método operativo para o referido dispositivo de sobrealimentação.

[0002] Os turbocompressores de gases de escape são cada vez mais utilizados para aumentar a potência nos motores de combustão interna, em particular nos veículos a motor. Isto é feito cada vez mais comumente com o objetivo de reduzir o tamanho e o peso estruturais do motor de combustão interna, mantendo o mesmo nível de potência ou mesmo atingindo um maior nível de potência e, ao mesmo tempo, reduzindo o consumo e, consequentemente, as emissões de CO2, no contexto de regulamentos jurídicos cada vez mais rigorosos a este respeito. O princípio de funcionamento consiste em utilizar a energia contida no fluxo de gás de escape para aumentar a pressão no tubo de entrada do motor de combustão interna e assim realizar um carregamento melhorado da câmara de combustão com ar oxigênio e para assim poder converter mais combustível, por exemplo, gasolina ou diesel, por processo de combustão, isto é, aumentar a potência do motor de combustão interna.

[0003] Para este efeito, um turbocompressor de gás de escape tem uma turbina, que está disposta no tubo de gases de escape do motor de combustão interna e que tem um rotor de turbina acionado pelo fluxo de gás de escape, e um compressor, que está disposto no tubo de entrada e que tem um rotor do compressor que acumula a pressão. O rotor da turbina e o rotor do compressor são fixados de forma rotativa conjuntamente às extremidades opostas de um eixo do rotor e assim formam o rotor do turbocompressor, que é montado de modo rotativo por meio do seu eixo do rotor em uma unidade de mancal disposta entre a turbina e o compressor. Assim, por meio do fluxo de massa do gás de escape, o rotor da turbina e, por intermédio do eixo do rotor, por sua vez o rotor do compressor são acionados, e a energia do gás de escape é assim utilizada para aumentar a pressão no tubo de entrada.

[0004] As turbinas e os compressores são turbomáquinas e, devido às leis da física, possuem uma gama de operação ideal de uma maneira dependendo, respectivamente, do tamanho estrutural e da concepção, cuja gama de operação ideal é caracterizada pelo caudal de massa, a razão de pressão e a velocidade de rotação do respectivo rotor.

[0005] Em contraste com isto, o funcionamento de um motor de combustão interna em um veículo a motor é caracterizado por mudanças dinâmicas da carga e da gama de funcionamento.

[0006] Para poder agora adaptar a gama de funcionamento do turbocompressor de gás de escape a variações da gama de funcionamento do motor de combustão interna e, assim, garantir um comportamento de resposta desejado tanto quanto possível sem desacelerações visíveis (turbo lag), os turbocompressores estão equipados com funções adicionais, tais como, por exemplo, assim denominadas geometrias de turbina variável (VTG) ou dispositivos da válvula de descarga (WG) no lado do gás de escape ou da turbina e dispositivos de recirculação ou de sopro de ar de sobrecarga no lado da alimentação de ar ou do compressor. Estes servem para minimizar o comportamento inerte e, portanto, o comportamento de resposta desacelerado do turbocompressor e evitar estados de funcionamento prejudiciais.

[0007] É também conhecida a utilização de combinações de vários turbocompressores em uma disposição paralela ou sequencial ou para utilizar compressores adicionais que são operados mecanicamente ou por motores eléctricos, chamados sopradores de sobrealimentação ou sobrealimentadores, de modo a cobrir as várias condições de funcionamento do motor de combustão interna, de modo a aumentar eficazmente a potência em todas as gamas de velocidades de rotação e em particular durante os processos de aceleração e em particular para evitar o turbo lag indesejado, que é causado por uma pressão de carga excessivamente baixa em baixas gamas de velocidades de rotação do turbocompressor em conjunto com a inércia do rotor do turboalimentador.

[0008] Os documentos JP2007077854, US2014157774, DE202014105279, US2011209473, US2014325981 e DE102007057224, por exemplo, mostram motores de combustão com turbocompressores de gases de escape e compressores eletromotrizes adicionais e/ou turbinas, em diferentes arranjos, cada um com o objetivo de melhorar o comportamento operacional ou a eficiência do motor de combustão.

[0009] Um dispositivo de sobrealimentação do referido tipo, que tem um turbocompressor de gás de escape convencional e um compressor auxiliar disposto no fluxo de massa de ar fresco em série ou em paralelo em relação ao compressor do turbocompressor, cujo compressor auxiliar tem um acionamento independente do fluxo do gás de escape, por exemplo, um acionamento por motor elétrico, é descrito, por exemplo, no DE 100 23 022 A1.

[0010] Por outro lado, em fases de funcionamento sendo que a potência do motor de combustão interna é diminuída rapidamente, é também o caso, devido à inércia do turbocompressor, que existe um excesso de potência do compressor, o que pode conduzir ao denominado aumento de pressão do compressor. A subida do compressor refere-se a um estado operacional no qual o ar que já foi comprimido flui para trás a partir do lado de alta pressão do compressor através do rotor do compressor em impulsos periódicos e assim gera oscilações indesejadas no tubo de entrada. Para evitar tais estados de funcionamento, o gás de escape é conduzido, de modo a contornar a turbina do turbocompressor, para dentro do tubo de gás de escape, por exemplo, por meio de um dispositivo de válvula de descarga, e o ar fresco já comprimido é soprado a jusante do compressor ou é expandido através de um dispositivo de recirculação de ar em excesso e recirculado para a região de entrada. O arranjo e funcionamento de uma válvula de recirculação de ar em excesso do referido tipo é conhecido, por exemplo, a partir dos documentos DE 28 23 067 C2 e DE 197 12 850 A1.

[0011] Deste modo, a energia disponível é descarregada, inutilizada, para o ambiente, o que tem um efeito adverso no balanço energético global e, assim, na eficiência do motor de combustão interna.

[0012] A presente invenção baseia-se, por conseguinte, no objetivo de especificar um dispositivo de sobrealimentação e um método operativo para o mesmo para um motor de combustão interna, que sejam adequados tanto para auxiliar a acumulação de pressão de carga por meio do turbocompressor de gás de escape em aceleração ou pico de carga do motor de combustão interna e para utilizar, ou tornar utilizável no sistema global do veículo a motor, o excesso de energia no sistema de sobrealimentação durante as fases de travagem ou de baixa carga do motor de combustão interna, e aumentando assim a eficiência do motor de combustão interna. O motor de combustão interna.

[0013] O referido objeto é conseguido por meio de um dispositivo de sobrealimentação que tem as características da presente invenção.

[0014] As concretizações se referem respectivamente às modalidades e refinamentos vantajosos que podem ser utilizados individualmente ou, quando não envolvem alternativas mutuamente exclusivas, em combinação um com o outro com o objeto da invenção.

[0015] Um motor de combustão interna correspondente possui, evidentemente, um lado de entrada, através do qual extrai ar fresco ou uma mistura de ar fresco de combustível, e um lado de gás de escape, através do qual libera o gás de escape que foi gerado após a combustão. Um motor de combustão interna do referido tipo pode ser um motor de êmbolo alternativo de cilindro único ou de múltiplos cilindros que é operado com combustíveis tais como, por exemplo, gasolina, diesel ou um gás combustível.

[0016] O dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção para um motor de combustão interna que tem um canal de entrada disposto no seu lado de entrada e um tubo de gás de escape disposto no seu lado de gás de escape tem um turbocompressor de gás de escape possuindo uma turbina de gás de escape que é disposta no tubo de gases de escape, e um compressor de ar fresco que tem um lado de baixa pressão e um lado de alta pressão, o qual está disposto no tubo de entrada.

[0017] O compressor de ar fresco é ligado, no seu lado de baixa pressão, a um dispositivo de alimentação de ar fresco, e é ligado, no seu lado de alta pressão, através de uma linha de alimentação de ar de carga, que serve para conduzir um fluxo de massa de ar de carga gerado pelo compressor de ar fresco, para o lado de entrada do motor de combustão interna, por exemplo, através de uma válvula de alavanca de estrangulamento e um coletor de ar de carga.

[0018] O dispositivo de sobrealimentação é distinguido pelo arranjo adicional de um carregador de recuperação que tem uma turbina compressora com um lado de alta pressão e um lado de baixa pressão e que tem um motor-gerador eletromecânico acoplado à referida turbina compressora. Aqui, a turbina compressora, de um lado, no seu lado de baixa pressão, é acoplada tanto à linha de alimentação de ar de carga e a uma linha de sopro e, por outro lado, no seu lado de alta pressão, é acoplada tanto à linha de alimentação de ar de carga como a uma linha de descarga de gás de escape no tubo de gás de escape, por meio de ligações em linha e dispositivos de válvula. Com base neste arranjo, o carregador de recuperação pode ser operado de uma maneira dependente dos ajustes dos ditos dispositivos de válvula, pelo menos em dois modos operativos diferentes. Um dos ditos modos operativos é o chamado modo operativo de reforço, no qual o carregador de recuperação, de uma maneira acionada pelo motor-gerador atua como um compressor para aumentar a pressão do fluxo de massa de ar de carga na linha de alimentação de ar de carga. Um segundo modo operativo é o chamado modo operativo de recuperação, no qual o carregador de recuperação pode ser operado, de um modo acionado por pelo menos uma parte do fluxo de massa de ar de carga ou por pelo menos uma parte de um fluxo de massa de gás de escape, ou pelo menos uma parte do fluxo de massa de ar de carga e pelo menos uma parte de um fluxo de massa de gás de escape conjuntamente, como uma turbina para recuperação de energia por meio do motor-gerador.

[0019] A expressão "carregador de recuperação" deve ser entendida como um dispositivo que combina uma turbina do tipo impulsor com um gerador ligado e um compressor do tipo impulsor com motor elétrico ligado em um dispositivo. Assim, uma turbina do tipo impulsor e um compressor do tipo impulsor são combinados em um rotor e uma caixa associada para formar o que se refere acima e também abaixo como uma turbina compressora como uma unidade.

[0020] Do mesmo modo, o motor elétrico e o gerador são combinados em uma máquina trifásica para formar o que é referido acima e também abaixo como um motor-gerador como uma unidade. A turbina compressora e o motor-gerador são acoplados uns aos outros diretamente ou através de uma engrenagem interposta e formam, como unidade, o carregador de recuperação.

[0021] Na concepção da turbina compressora, é utilizada a característica dos impulsores, sendo que, em primeiro lugar, quando impelido por um fluxo de um fluido a uma pressão elevada a partir do lado de alta pressão, podem atuar como uma turbina e gerar um binário de saída e, em segundo lugar, quando são acionados por um binário de acionamento, eles próprios podem gerar um fluxo de fluido com aumento da pressão e assim atuar como um compressor. A concepção do impulsor correspondente e do guia de fluxo na caixa do rotor deve, portanto, para utilização como turbina compressora, permitir as duas utilizações pretendidas. Isto pode, em um refinamento vantajoso da turbina compressora, ser otimizado por meio de uma disposição fixa ou variável de lâminas guia de guia de escoamento.

[0022] Na concepção do motor-gerador, utiliza-se a característica de máquinas elétricas trifásicas, pelo que, primeiramente, quando uma tensão e uma corrente são aplicadas ao mesmo, elas podem ser operadas como um motor elétrico com ação de acionamento e, em segundo lugar, quando acionadas por um torque externo, elas próprias podem gerar tensão e corrente de saída. A concepção da máquina trifásica correspondente para utilização como motor-gerador deve, por conseguinte, permitir as duas utilizações pretendidas.

[0023] A combinação vantajosa da turbina compressora e do motor- gerador para formar o que se refere acima e também abaixo como carregador de recuperação permite vantajosamente o funcionamento da turbina compressora em ambas as direções de fluxo, especificamente como um compressor em um modo operativo de reforço quando acionado pelo motor elétrico ou como uma turbina, de modo a acionar o gerador, em um modo operativo de recuperação. Uma outra possibilidade consiste em comutar o motor-gerador para um estado neutro, o qual corresponde a um estado de rolamento livre da turbina compressora e pode ser utilizado no que se refere aqui e abaixo como um modo operativo padrão.

[0024] Uma modalidade vantajosamente configurada do dispositivo de sobrealimentação é distinguida pelo fato de o lado de baixa pressão da turbina compressora estar ligado, através de uma linha de ramificação de baixa pressão e um primeiro dispositivo de válvula, à linha de alimentação de ar de carga em um primeiro ponto de ramificação de ar de carga. Ao mesmo tempo, o lado de alta pressão da turbina compressora está ligado, pelo menos através de uma linha de ramificação de alta pressão e um segundo dispositivo de válvula, à linha de alimentação de ar de carga em um segundo ponto de ramificação de ar de carga a jusante do primeiro ponto de ramificação de ar de carga no fluxo de ar de carga.

[0025] A linha de ramificação de baixa pressão é adicionalmente ligada, em um ponto de ramificação de baixa pressão, através do primeiro dispositivo de válvula ou de um dispositivo de válvula adicional a uma linha de sopro.

[0026] A linha de ramificação de alta pressão é ligada, em um ponto de ramificação de alta pressão, através de uma linha de recirculação de gás de escape e pelo menos um terceiro dispositivo de válvula a uma linha de descarga de gás de escape no tubo de gás de escape em um ponto de ramificação de gás de escape. Aqui, a linha de alimentação de ar de carga pode ser fechada entre o primeiro ponto de ramificação de ar de carga e o segundo ponto de ramificação de ar de carga por meio do primeiro ou do segundo dispositivo de válvula ou pelo menos um dispositivo de válvula adicional.

[0027] Esta configuração tem a vantagem de que o dispositivo de sobrealimentação pode ser operado tanto em um modo operativo de reforço com o objetivo de aumentar a pressão no tubo de entrada como em pelo menos um modo operativo de recuperação para efeitos de recuperação do excesso intermitente de energia do fluxo de massa de ar de carga ou do fluxo de massa de gás de escape. Isto é possível porque, através da regulação correspondente dos dispositivos de válvula, é primeiramente possível que a direção de fluxo do fluxo de massa de ar de carga através da turbina compressora seja particularmente facilmente invertida e, em segundo lugar, ao mesmo tempo, o fluxo de massa do gás de escape pode ser ramificado a partir do tubo de gás de escape do motor de combustão interna e conduzido simultaneamente com o fluxo de massa de ar de carga ou, em vez do último, para a turbina compressora.

[0028] Um refinamento adicional do dispositivo de sobrealimentação é distinguido pelo fato de um ou mais arrefecedores de ar de carga estarem dispostos em uma ou mais posições na linha de alimentação de ar de carga a montante ou a jusante da turbina compressora no fluxo de massa de ar de carga. Isto tem um efeito vantajoso sobre as temperaturas de funcionamento dos componentes funcionais dispostos no fluxo de massa de ar de carga e rende ainda uma carga melhorada dos cilindros do motor de combustão interna com oxigênio.

[0029] Em um refinamento adicional do dispositivo de sobrealimentação, a turbina compressora do carregador de recuperação tem uma caixa da turbina compressora com, disposta na mesma, um arranjo de pás de guia fixas ou variáveis para otimizar o comportamento de escoamento ou o comportamento de entrada de fluxo do fluxo de massa de ar de carga. Em particular, um arranjo de pás de guia variáveis oferece a vantagem de que a potência e a eficiência da turbina compressora no respectivo modo operativo podem ser aumentadas através da adaptação da direção de fluxo do fluxo de massa de ar de carga, por exemplo.

[0030] O método operativo de acordo com a invenção para um dispositivo de sobrealimentação de um motor de combustão interna de acordo com a descrição anterior é caracterizado pelo fato de o dispositivo de sobrealimentação poder ser comutado, durante o funcionamento, pelo menos entre um modo operativo de reforço e um primeiro modo operativo de recuperação de uma maneira dependente do comportamento de funcionamento do motor de combustão interna e por meio das ligações de linha, dos dispositivos de válvula e do motor- gerador do carregador de recuperação.

[0031] Além disso, é vantajosamente possível adicionalmente para um modo operativo padrão e para outros modos operativos de recuperação diferentes a serem providos, que eles podem ser igualmente comutados de uma maneira dependente do comportamento de funcionamento do motor de combustão interna.

[0032] A vantagem das modalidades acima referidas do método operativo reside no fato de que, por meio do dispositivo de sobrealimentação descrito, é possível reagir de uma maneira altamente flexível a diferentes condições de funcionamento do motor de combustão interna, a fim de, em primeiro lugar, alcançar a máxima dinâmica de funcionamento e, em segundo lugar, utilizar de forma ideal a energia disponível.

[0033] Em uma outra modalidade vantajosa do método operativo de acordo com a invenção, é, por exemplo, o caso de se fazer um comutador para o modo operativo de reforço do dispositivo de sobrealimentação no caso de uma procura por uma velocidade de rotação aumentada ou na presença de uma carga elevada do motor de combustão interna. Para este efeito, os dispositivos de válvula e o carregador de recuperação são em cada caso ajustados de tal modo que o fluxo de massa de ar de carga é conduzido a partir do lado de alta pressão do compressor de ar fresco para o lado de baixa pressão da turbina compressora e a uma pressão elevada do lado de alta pressão da turbina compressora para dentro da linha de alimentação de ar de carga e, deste modo, para o lado de entrada do motor de combustão interna, sendo que o motor-gerador é comutado para um modo de motor de modo a acionar a turbina compressora para o propósito de aumentar a pressão na linha de alimentação de ar de carga. Deste modo, são conseguidas dinâmicas de funcionamento elevadas, em particular no caso de mudanças de etapa na carga, isto é, por exemplo, em fases de aceleração do motor de combustão interna.

[0034] Agora, se o motor de combustão interna estiver funcionando em uma faixa de carga na qual o fluxo de massa de ar de carga gerado pelo turbocompressor de gás de escape é suficiente e nenhum reforço adicional é necessário, o carregador de recuperação pode ser utilizado de uma maneira diferente, isto é para dizer, pode ser comutado para um primeiro modo operativo de recuperação, o qual será aqui também referido apenas como "modo operativo de recuperação de gás de escape". Para este efeito, os dispositivos de válvula e o carregador de recuperação são em cada caso ajustados de tal modo que o fluxo de massa de ar de carga é conduzido a partir do lado de alta pressão do compressor de ar fresco através da linha de alimentação de ar de carga diretamente para o lado de entrada do motor de combustão interna, e ao mesmo tempo, um fluxo de massa de gás de escape é ramificado fora do tubo de gás de escape e é conduzido para o lado de alta pressão da turbina compressora. O fluxo de massa dos gases de escape é expandido através da turbina compressora e introduzido a partir do lado de baixa pressão da turbina compressora como um fluxo de massa de sopro através de um sopro para o dispositivo de alimentação de ar fresco ou soprado através do tubo de gás de escape, sendo que o motor-gerador é comutado para um modo operativo de gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora para fins de recuperação de energia. Se o fluxo de massa de sopro for soprado, isto é realizado encaminhando-o novamente para o tubo de escape, de modo que a legislação ambiental aplicável seja cumprida. A introdução no dispositivo de alimentação de ar fresco só é possível em uma extensão tal que o fluxo de massa de gás de escape ramificado corresponda à recirculação dos gases de escape necessários em qualquer caso para as atuais condições de funcionamento.

[0035] É assim vantajosamente possível que a energia do gás de escape, que de outro modo teria de ser liberada, não utilizada, para o ambiente seja recuperada e utilizada no veículo de alguma outra forma.

[0036] Se, em uma modalidade vantajosa do método operativo de acordo com a invenção, for provido um modo operativo padrão como um modo operativo adicional e o motor de combustão interna for operado, por exemplo, a uma carga média constante, é possível para o dispositivo de sobrealimentação ser comutado para o modo operativo padrão, que será aqui também referido simplesmente como "modo operativo padrão". Para implementar o modo operativo padrão, o fluxo de massa de ar de carga é, através do ajuste correspondente dos dispositivos de válvula, conduzido a partir do lado de alta pressão do compressor de ar fresco através da linha de alimentação de ar de carga diretamente para o lado de entrada do motor de combustão interna, sendo que o fluxo de massa do gás de escape é completamente descarregado através de uma linha de descarga de gás de escape e não é conduzido através da turbina compressora do carregador de recuperação. Ao mesmo tempo, o motor-gerador do carregador de recuperação é comutado para um estado neutro, isto é, para um estado de rotação livre.

[0037] O referido modo operativo padrão pode ser vantajosamente utilizado se, por exemplo, logo após o arranque do motor de combustão interna, na presença de uma demanda de carga moderada, for pretendido que a energia contida no gás de escape seja utilizada para aquecimento rápido do sistema de gás de escape, em particular de um conversor catalítico ou também de um filtro de partículas de fuligem.

[0038] Em uma outra modalidade vantajosa do método operativo, é provido um modo operativo de recuperação adicional, que será aqui também referido meramente como "modo operativo de recuperação de ar de carga" e ao qual pode ser feito um comutador durante o funcionamento do motor de combustão interna. O modo operativo de recuperação de ar de carga é particularmente vantajoso se for necessária uma diminuição rápida da potência do motor de combustão interna ou o fluxo de massa de ar de carga que é ou pode ser gerado pelo compressor de ar fresco do turbocompressor de gás de escape não for totalmente requerido em operações de baixa carga do motor de combustão interna. Para implementar o modo operativo de recuperação de ar de carga, o fluxo de massa de ar de carga é conduzido a partir do lado de alta pressão do compressor de ar fresco pelo menos parcialmente para o lado de alta pressão da turbina compressora, é expandido através do compressor e é introduzido a partir do lado da baixa pressão da turbina compressora de volta para o dispositivo de alimentação de ar fresco através de uma linha de sopro, sendo que o motor-gerador é comutado para um modo operativo do gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora para fins de recuperação de energia. A recirculação do fluxo de massa de ar de carga para o dispositivo de alimentação de ar fresco corresponde assim, com efeito, à configuração de recirculação de ar de sobrecarga convencional com uma turbina compressora interposta.

[0039] Aqui, o fluxo de massa de gás de escape é completamente descarregado, inutilizado, através de uma linha de descarga de gás de escape (20).

[0040] Assim, a fração não requerida pelo motor de combustão interna, ou todo o fluxo de massa de ar de carga, é conduzida a alta pressão para a turbina compressora e, assim, aciona o motor-gerador, que por sua vez converte o binário fornecido em energia elétrica que pode ser fornecida diretamente a outro consumidor no veículo ou a um acumulador. Assim, o excesso de energia no dispositivo de sobrealimentação é não liberado inutilizado para o ambiente, mas pode ser fornecido para um uso mais conveniente, possivelmente em um momento posterior. Ao mesmo tempo, o estado de funcionamento indesejado do aumento do compressor do turbocompressor de gás de escape é evitado de forma fiável.

[0041] Em uma outra modalidade vantajosa do método operativo, é provido um modo operativo de recuperação adicional, que será aqui também referido como "modo operativo de recuperação de gás de escape/ar de carga" misto e ao qual um comutador pode ser feito durante o funcionamento do motor de combustão interna. O modo operativo de recuperação de gás de escape/ar de carga é particularmente vantajoso em situações sendo que, a partir do modo operativo puramente de recuperação de gases de escape, é exigida uma rápida redução de potência e, deste modo, está presente um fluxo de massa de ar de carga em excesso considerável e existe o risco de o turbocompressor de gás de escape entrar no estado de funcionamento da subida do compressor. Para implementar o modo operativo de recuperação de gás de escape/ar de carga, o fluxo de massa de ar de carga é conduzido do lado de alta pressão do compressor de ar fresco pelo menos parcialmente para o lado de alta pressão da turbina compressora e ao mesmo tempo, pelo menos uma parte do fluxo de massa do gás de escape é ramificada do tubo de gás de escape e conduzida para o lado de alta pressão da turbina compressora. Deste modo, um fluxo de massa misto de gás de escape e de ar de carga se forma que se expande através da turbina compressora e que é soprado do lado de baixa pressão da turbina compressora através de uma linha de sopro (para o tubo de gás de escape do motor de combustão interna) ou introduzido no dispositivo de alimentação de ar fresco. Aqui, o motor- gerador é comutado para um modo operativo do gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora para efeitos de recuperação de energia.

[0042] As vantagens do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção e do método operativo correspondente encontram-se em particular no fato de que, dependendo da situação de funcionamento do motor de combustão interna no modo operativo de reforço ou em um dos modos operativos de recuperação, em primeiro lugar, no caso de um aumento rápido do binário e, portanto, da velocidade de rotação serem possíveis, evitando o "turbo lag" e, em segundo lugar, no caso contrário de um excesso de potência ou de uma diminuição rápida da potência, o excesso de energia do fluxo de massa de gás de escape ou do fluxo de massa de ar de carga não tem de ser dissipado inutilizado, mas pode tornar-se utilizável.

[0043] Abaixo, as modalidades e aperfeiçoamentos exemplares particularmente vantajosos da invenção de acordo com as concretizações serão discutidas com mais detalhes com base nas Figuras que tomam a forma de ilustrações esquemáticas simplificadas, embora o objeto da invenção não se restrinja a estes exemplos e em particular às combinações de características aqui apresentadas.

[0044] Nas Figuras:

[0045] A Figura 1 ilustra uma primeira modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção em conjunto com um motor de combustão interna no modo operativo de reforço;

[0046] Figura 2 ilustra uma modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção com dispositivos de válvula diferentes em relação à Figura 1 no modo operativo de reforço;

[0047] Figura 3 ilustra a modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção, substancialmente conforme a Figura 2, mas no modo operativo de recuperação de gás de escape;

[0048] Figura 4 ilustra a modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção tal como ilustrado na Figura 3, mas no modo operativo padrão;

[0049] Figura 5 ilustra a modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção tal como ilustrado na Figura 3, mas no modo operativo de recuperação de ar de carga;

[0050] Figura 6 ilustra a modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação de acordo com a invenção tal como ilustrado na Figura 3, mas no modo operativo de recuperação de gás de escape/ar de carga.

[0051] Itens de função e designação idênticas são indicados pelas mesmas designações de referência ao longo das Figuras.

[0052] A modalidade exemplar da invenção na Figura 1 ilustra, de forma simplificada esquematicamente, um motor de combustão interna 1, ilustrado neste caso esquematicamente como um motor a pistão alternativo em linha de quatro cilindros, possuindo um tubo de entrada 2 disposto no lado de entrada 9 e possuindo um tubo de gás de escape 3 disposto no lado do gás de escape 19. Também é ilustrado um turbocompressor de gás de escape 4 com uma turbina de gás de escape 5 no tubo de gás de escape 3 e um compressor de ar fresco 6 no tubo de entrada 2 e o chamado carregador de recuperação 12, que possui uma turbina compressora 13 e um motor-gerador eletromecânico 14.

[0053] O tubo de gás de escape 3 inclui um coletor de gás de escape 19a, que está ligado no lado do gás de escape 19 ao motor de combustão interna 1, a turbina de gás de escape 5, que está ligada no seu lado de alta pressão HD ao coletor de gás de escape 19a por meio da linha de descarga de gás de escape 20 e que continua para o lado de baixa pressão ND da turbina de gás de escape 5 e um conversor catalítico de gás de escape 21, um filtro de partícula de fuligem 22 e um silenciador 23 que estão dispostos ao longo da linha de descarga de gás de escape 20. O fluxo de massa de gás de escape 24 (ilustrado por setas escurecidas) descarregado do motor de combustão interna 1 é descarregado do coletor de gás de escape 19a e da linha de descarga de gás de escape 20 através da turbina de gás de escape 5 e através do conversor catalítico de gás de escape 21, o filtro de partículas de fuligem 22 e o silenciador 23 para o ambiente.

[0054] O tubo de entrada 2 inclui um coletor de ar de carga 9a que está ligado no lado de entrada 9 ao motor de combustão interna 1, o compressor de ar fresco 6 do turbocompressor de gás de escape 4 e uma linha de alimentação de ar de carga 8, que está ligada de um lado através de uma válvula de alavanca de estrangulamento 10 ao coletor de ar de carga 9a e que está ligado no outro lado ao lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6. Além disso, o tubo de entrada 2 compreende um dispositivo de alimentação de ar fresco 7 com uma linha de alimentação de ar fresco 7a e um dispositivo de filtro de ar fresco 7b; a linha de alimentação de ar fresco 7a está ligada em um lado ao lado de baixa pressão ND do compressor de ar fresco 6 e do outro lado ao dispositivo de filtro de ar fresco 7b. Do mesmo modo, está atribuído ao tubo de entrada 2 um carregador de recuperação 12 que tem uma turbina compressora 13 e, acoplado a ela, um motor-gerador 14. O lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 está ligado através de uma linha de ramificação de baixa pressão 11a à linha de alimentação de ar de carga 8 em um primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a. Além disso, uma linha de sopro 16 está ligada à linha de ramificação de baixa pressão 11a em um ponto de ramificação de baixa pressão 11c entre o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 e o primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a.

[0055] Ao lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 está ligada uma linha de ramificação de alta pressão 11b que é por sua vez ligada à linha de alimentação de ar de carga 8 em um segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b a jusante do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a no fluxo de massa de ar de carga 26.

[0056] Além disso, uma linha de recirculação de gás de escape 30 está ligada à linha de ramificação de alta pressão 11b em um ponto de ramificação de baixa pressão 11c entre o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 e o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b, cuja linha de recirculação de gás de escape está por sua vez ligada por meio da sua outra extremidade à linha de descarga de gás de escape 20 em um ponto de ramificação de gás de escape 20a entre o lado de baixa pressão ND da turbina de gás de escape 5 e o conversor catalítico de gás de escape.

[0057] Em cada caso, um arrefecedor de ar de carga é disposto na linha de alimentação de ar de alimentação 8 a montante do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a e a jusante do segundo ponto de ramificação de ar de carga no fluxo de massa de ar de carga 26. Além disso, O arrefecedor de gás de escape 32 está disposto na linha de recirculação de gás de escape 30.

[0058] Além disso, os múltiplos dispositivos de válvula 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f para controlar o fluxo de massa de ar de carga 26 e o fluxo de massa de gás de escape 24 estão dispostos nas ligações de linha 8, 11a, 11b, 20 e 30 acima mencionadas.

[0059] Um primeiro dispositivo de válvula 15a está disposto na linha de ramificação de baixa pressão 11a entre o primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a e o ponto de ramificação de baixa pressão 11c e um segundo dispositivo de válvula 15b está disposto na linha de ramificação de alta pressão 11b entre o ponto de ramificação de alta pressão 11d e o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b. Um terceiro dispositivo de válvula 15c está disposto na linha de recirculação de gás de escape 30. Na linha de alimentação de ar de carga 8, está disposto um dispositivo de válvula adicional 15d entre o primeiro e o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8a, 8b e um dispositivo de válvula adicional 15e está disposto entre o ponto de ramificação de baixa pressão 11c e a linha de sopro 16. Um dispositivo de válvula adicional 15f, aqui também referido como válvula de ramificação de gás de escape 15f, está disposto na linha de descarga de gás de escape 20, a jusante do ponto de ramificação de gases de escape 20a no fluxo de massa de gás de escape 24.

[0060] Os referidos dispositivos de válvula 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f podem, em princípio, apresentar-se sob a forma de simples válvulas de fecho que podem assumir os dois estados "fechado" ou "aberto". Com uma modalidade da válvula e um arranjo de válvulas do referido tipo, é possível comutar entre os modos operativos de modo operativo de reforço, modo operativo de recuperação de gás de escape, modo operativo padrão, modo operativo de recuperação de ar de carga e modo operativo de recuperação de ar de carga. Um modo operativo de transição, caso no qual apenas uma parte do fluxo de massa de gás de escape 24 ou do fluxo de massa de ar de carga 26 é conduzida através da turbina compressora 13 para fins de recuperação de energia, não é assim possível. No entanto, se o segundo dispositivo de válvula 15b for uma válvula proporcional 15b, como é ilustrado esquematicamente na Figura 1 por uma seta diagonal, é possível, a partir da posição da válvula de fecho no modo operativo puramente padrão, para uma fração variável do fluxo de massa de ar de carga 26 ser conduzido para a turbina compressora através de abertura parcial regulada em qualquer posição intermediária desejada da válvula. O mesmo se aplica à válvula de ramificação de gás de escape 15f na linha de descarga de gás de escape 20, por meio da qual uma fração variável do fluxo de massa de gás de escape 24 pode ser conduzida através da linha de recirculação de gás de escape 30 para a turbina compressora através de fechamento parcial regulado em qualquer posição intermediária desejada da válvula.

[0061] A modalidade do dispositivo de sobrealimentação conforme a Figura 1 tem a vantagem aqui de que pode ser feita utilização de dispositivos de válvula que sejam particularmente simples a partir de aspectos mecânicos e de controle e que permitem realizar uma construção robusta e econômica.

[0062] A Figura 1 ilustra a modalidade exemplar do dispositivo de sobrealimentação com uma posição de válvula de acordo com o modo operativo de reforço, o qual é ajustado quando exigido por um rápido aumento na carga ou se for exigido um rápido aumento na velocidade de rotação do motor de combustão interna.

[0063] Neste caso, os primeiro e segundo dispositivos de válvula 15a, 15b e assim a passagem da linha de ramificação de baixa pressão 11a e da linha de ramificação de alta pressão 11b estão totalmente abertas, sendo que ao mesmo tempo o terceiro dispositivo de válvula 15c na linha de recirculação de gás de escape 30 e os outros dispositivos de válvula 15d e 15e na linha de alimentação de ar de carga 8 e na linha de sopro 16 estão fechados. Ao mesmo tempo, a válvula de ramificação de gás de escape 15f na linha de descarga de gás de escape 20 está totalmente aberta.

[0064] No modo operativo de reforço ilustrado na Figura 1, por conseguinte, a passagem do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 está aberta e a passagem para a linha de sopro 16 está fechada. Ao mesmo tempo, a passagem da linha de ramificação de alta pressão 11b para a linha de alimentação de ar de carga 8 está aberta e a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 entre o primeiro e o segundo pontos de ramificação de ar de carga 8a, 8b e a passagem da linha de recirculação de gás de escape 30 está fechada. Ao mesmo tempo, o motor-gerador 14 foi comutado para o modo operativo do motor (apenas o rótulo "gerador" foi atingido).

[0065] Assim, no modo operativo de reforço, é aspirado um fluxo de massa de ar fresco 25, ilustrado na Figura 1 por setas triplas, através do dispositivo de filtro de ar fresco 7b e da linha de alimentação de ar fresco 7a. No compressor de ar fresco 6 do turbocompressor de gás de escape 4, o fluxo de massa de ar fresco 25 é comprimido e é, no lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6, bombeado à pressão elevada para a linha de alimentação de ar de carga 8. O fluxo de massa de ar descarregado no lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 é então referido neste contexto como fluxo de massa de ar de carga 26, que se destina a indicar o nível de pressão elevado.

[0066] O fluxo de massa de ar de carga 26 é conduzido a partir do lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, é ainda comprimido pela dita turbina compressora e é conduzido a partir do lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 de volta para a linha de alimentação de ar de carga 8 e para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1. O motor-gerador 14, no modo operativo do motor, aciona a turbina compressora 13 para efeitos de aumento da pressão na linha de alimentação de ar de carga 8.

[0067] A modalidade do dispositivo de sobrealimentação mostrada na Figura 2 difere da modalidade na Figura 1 apenas pela modalidade e disposição dos dispositivos de válvula e é caracterizada pelo fato de que o primeiro dispositivo de válvula 15a, o segundo dispositivo de válvula 15b, o terceiro dispositivo de válvula 15c e a válvula de ramificação de gás de escape 15f na linha de descarga de gás de escape 20 são concebidos como válvulas de comutação 15a, 15b, 15c e 15f, pelas quais os outros dispositivos de válvula 15d e 15e podem ser omitidos. Além disso, o segundo dispositivo de válvula 15b e a válvula de ramificação de gás de escape 15f são concebidos como válvulas proporcionais 15b, 15f (indicadas por setas diagonais), pelas quais a comutação parcial e, assim, a distribuição do fluxo de massa de gases de escape 24 e a do fluxo de massa de ar de carga 26, também são possíveis. No entanto, a utilização de válvulas proporcionais não é imperativamente necessária se a comutação completa entre os modos operativos for suficiente em cada caso.

[0068] Aqui, o primeiro dispositivo de válvula 15a está disposto no ponto de ramificação de baixa pressão 11c, sendo que, em uma posição de válvula ilustrada na Figura 2, com uma passagem aberta a partir do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, a passagem para a linha de sopro 16 é fechada e em uma posição da válvula adicional (não ilustrada na Figura 2) com uma passagem fechada do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, a passagem do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 para a linha de sopro 16 é aberta (vide Figura 3).

[0069] O segundo dispositivo de válvula 15b está disposto no segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b, sendo que, em uma posição de válvula com uma passagem fechada da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 e para a linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem da linha de ramificação de alta pressão 11b para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 está aberta (como ilustrado na Figura 2) e em uma posição de válvula adicional com uma passagem aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para a linha de ramificação de alta pressão 11b é fechada (como mostrado na Figura 3) e em uma posição de válvula adicional com uma passagem aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 a partir do lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 para linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 é fechada (como mostrado na Figura 5). Se o segundo dispositivo de válvula 15b estiver na forma de uma válvula proporcional 15b, tal como indicado na Figura 2 por uma seta diagonal, é também possível que posições intermediárias da válvula sejam ajustadas nas quais, com uma passagem parcialmente aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 para a linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 é parcialmente fechada na mesma extensão, de modo que o fluxo de massa de ar de carga 26 esteja distribuído entre o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 e a turbina compressora 13.

[0070] O terceiro dispositivo de válvula 15c está disposto no ponto de ramificação de alta pressão 11d da linha de ramificação de alta pressão 11b, sendo que, em uma posição de válvula com uma passagem fechada da linha de recirculação de gás de escape 30 para a linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem do lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 para o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b está aberta (como ilustrado na Figura 2 e na Figura 5). Em uma posição de válvula adicional, com uma passagem aberta da linha de recirculação de gás de escape 30 para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13, a passagem da linha de recirculação de gás de escape 30 para o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b é fechada (como ilustrado nas Figuras 3 e 4). Finalmente, em uma posição de válvula adicional, tanto a passagem da linha de recirculação de gás de escape 30 como a passagem do segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 estão abertas (como ilustrado na Figura 6).

[0071] A válvula de ramificação de gás de escape 15f está disposta no ponto de ramificação de gás de escape 20a da linha de descarga de gás de escape 20 e está na forma de uma válvula proporcional 15f como indicado na Figura 2 por uma seta diagonal, sendo que, na Figura 2, no caso de uma passagem fechada da linha de descarga de gás de escape 20 para a linha de recirculação de gás de escape 30, a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 a jusante do ponto de ramificação de gás de escape 20a está totalmente aberta.

[0072] A modalidade como uma válvula proporcional permite contudo também posições intermediárias da válvula de ramificação de gás de escape 15f, sendo que, no caso de uma passagem pelo menos parcialmente aberta da linha de descarga de gás de escape 20 para a linha de recirculação de gás de escape 30, a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 a jusante do ponto de ramificação de gás de escape 20a é pelo menos parcialmente fechada para se ramificar uma parte do fluxo de massa de gás de escape 24 para a linha de recirculação de gás de escape 30.

[0073] Aqui, a modalidade do dispositivo de sobrealimentação conforme a Figura 2 tem a vantagem de o número de componentes mecânicos requerido, e assim também o espaço estrutural necessário para o dispositivo de sobrealimentação, ser reduzido.

[0074] A Figura 3 mostra a construção e disposição do dispositivo de sobrealimentação como na Figura 2. Aqui, no entanto, em contraste com a Figura 2, a turbina compressora 13 é, de um modo simbolicamente indicado, equipada com uma geometria de turbina fixa ou variável 13a, isto é, com um arranjo de pás de guia móvel 13a, isto é, fixas ou variáveis, na caixa da turbina compressora 13. Isto tem a vantagem, em particular no caso de um arranjo de pás de guia móvel 13a, que o fluxo de entrada, em particular o ângulo de fluxo de entrada, na turbina compressora 13, ou a saída de fluxo de massa de sopro, pode em cada caso ser otimizado de uma maneira dependente do modo operativo do carregador de recuperação, do modo operativo do motor ou do modo operativo do gerador e, portanto, na direção do fluxo de entrada do fluxo de massa de ar de carga ou do fluxo de massa do gás de escape.

[0075] Além disso, na Figura 3, uma extremidade de linha livre no ponto de ramificação de baixa pressão 11c é adicionalmente indicada por meio de uma linha tracejada. Isto constitui uma linha de sopro alternativa 16, que permite que o fluxo de massa de sopro 27 seja soprado para o ambiente em vez de ser alimentado no dispositivo de alimentação de ar fresco. No entanto, isto é realizado convenientemente por meio de uma ligação ao tubo do gás de escape 3 a montante, tal como visto na direção de escoamento, dos componentes para pós- tratamento de gases de escape, tais como o conversor catalítico de gás de escape 21 e o filtro de partículas de fuligem 22, assegurando-se assim que o gás de escape que é ramificado para fins de recuperação não seja arremessado para o ambiente sem ser tratado e os requisitos legais para os valores dos gases de escape podem ser cumpridos. Por uma questão de clareza, a referida recirculação do fluxo de massa de sopro 27 para o tubo de gás de escape 3 não está ilustrada nas Figuras.

[0076] A Figura 3 mostra, além disso, uma configuração dos dispositivos de válvula 15a, 15b, 15c e 15f que corresponde a um primeiro modo operativo de recuperação, a seguir também referido, para melhor distinção, como "modo operativo de recuperação de gases de escape". Para implementar o modo operativo de recuperação de gases de escape, a primeira válvula de comutação 15a no ponto de ramificação de baixa pressão 11c é ajustada de modo que, no caso de uma passagem fechada do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, a passagem do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 para a linha de sopro 16 está aberta, sendo que a segunda válvula de comutação 15b no segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b é ajustada de tal modo que, no caso de uma passagem aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para a linha de ramificação de alta pressão 11b está fechada. Além disso, a terceira válvula de comutação 15c é ajustada de modo que, no caso de uma passagem fechada da linha de ramificação de alta pressão 11b para a linha de alimentação de ar de carga 8, a passagem da linha de recirculação de gás de escape 30 para a linha de ramificação de alta pressão 11b está aberta. Finalmente, a válvula de ramificação de gás de escape 15f é ajustada de modo que, no caso de uma passagem pelo menos parcialmente aberta da linha de descarga de gás de escape 20 para a linha de recirculação de gás de escape 30, a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 a jusante do ponto de ramificação de gás de escape 20a está pelo menos parcialmente fechada.

[0077] Desta forma, para implementar o modo operativo de recuperação de gases de escape, o fluxo de massa de ar de carga 26 é conduzido a partir do lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 através da linha de alimentação de ar de alimentação 8 diretamente para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna e, ao mesmo tempo, pelo menos uma parte do fluxo de massa de gás de escape 24 é ramificada a partir do tubo de gás de escape 3 e é conduzida para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 e é expandida através da turbina compressora. Subsequentemente, o fluxo de massa de sopro 24 é, como o fluxo de massa de sopro 27, soprado a partir do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 através de uma linha de descarga 16 para dentro do tubo de gás de escape 3 ou conduzido para o dispositivo de alimentação de ar fresco 7. Aqui, o motor-gerador 14 é comutado para um modo operativo do gerador no qual ele é acionado pela turbina compressora 13 para os efeitos de recuperação de energia, e gera a energia elétrica que pode ser alimentada em um acumulador correspondente, tal como, por exemplo, uma bateria ou um condensador de acumulador (nenhum dos quais é ilustrado), de um veículo acionado pelo motor de combustão interna, quando disponível para utilização para vários fins no veículo.

[0078] A Figura 4, por sua vez, ilustra a mesma disposição do dispositivo de sobrealimentação conforme a Figura 3, sendo que a diferença consiste sendo que os dispositivos de válvula 15a, 15b, 15c e 15f são mostrados em um ajuste que corresponde ao chamado modo operativo padrão. O ajuste da primeira válvula de comutação 15a, da segunda válvula de comutação 15b e da terceira válvula de comutação 15c corresponde aqui, em cada caso, ao ajuste no modo operativo de recuperação de gás de escape (vide Figura 3 e descrição associada), com apenas a válvula de ramificação de gás de escape 15f sendo ajustada de tal modo que a passagem da linha de descarga do gás de escape 20 para a linha de recirculação do gás de escape 30 esteja fechada.

[0079] No modo operativo padrão, por conseguinte, um fluxo de massa de ar fresco 25, ilustrado na Figura 4 por setas triplas, é aspirado através do dispositivo de filtro de ar fresco 7b e da linha de alimentação de ar fresco 7a. No compressor de ar fresco 6 do turbocompressor de gases de escape 4, o fluxo de massa de ar fresco 25 é comprimido e, no lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6, o referido fluxo de massa de ar fresco é bombeado à pressão elevada para a linha de alimentação de ar de carga 8 e através da válvula de alavanca de estrangulamento pelo menos parcialmente aberta 10 e do coletor de ar de carga 9a para dentro dos cilindros do motor de combustão interna 1. O fluxo de massa de ar que é descarregado no lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 é então referido neste contexto como fluxo de massa de ar de carga 26, que se destina a indicar o nível de pressão elevado.

[0080] O fluxo de massa de gases de escape 24 é totalmente descarregado, inutilizado, através da linha de descarga de gás de escape 20, e o motor-gerador 14 do carregador de recuperação 12 é comutado para um estado neutro, o que é indicado na Figura 4 pelo fato de tanto o rótulo "motor" como o rótulo "gerador" terem sido atingidos.

[0081] Procedendo do modo operativo padrão, pode ser facilmente efetuado um comutador para o modo operativo de recuperação de gases de escape pelo fato de, por meio da válvula de ramificação de gás de escape 15f, a passagem para a linha de recirculação de gás de escape 30 estar pelo menos parcialmente aberta, e ao mesmo tempo a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 a jusante do ponto de ramificação de gás de escape 20a estar pelo menos parcialmente fechada.

[0082] A Figura 5, por sua vez, mostra a mesma disposição do dispositivo de sobrealimentação que a Figura 3. O ajuste das válvulas de comutação 15a, 15b, 15c e 15f corresponde, contudo, a um modo operativo de recuperação adicional, que também pode ser referido como puramente "modo operativo de recuperação ar de carga".

[0083] Aqui, a primeira válvula de comutação 15a no ponto de ramificação de baixa pressão 11c da linha de ramificação de baixa pressão 11a é ajustada de tal modo que, no caso de uma passagem fechada do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, a passagem do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 para a linha de sopro 16 está aberta. Ao mesmo tempo, a segunda válvula de comutação 15b no segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b é ajustada de modo que, no caso de uma passagem pelo menos parcialmente ou totalmente aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 para a linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 está pelo menos parcial ou totalmente fechada. Neste caso, a válvula de ramificação de gás de escape 15f permanece no mesmo ajuste que no modo operativo padrão, com a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 para a linha de recirculação de gás de escape 30 permanecendo fechada e o motor-gerador 14 do carregador de recuperação 12 sendo comutado para o modo operativo do gerador.

[0084] De acordo com as configurações de válvula descritas, é assim o caso que, para implementar o modo operativo de recuperação de ar de carga ilustrado na Figura 5, o fluxo de massa de ar de carga 26 é conduzido a partir do lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6, pelo menos parcialmente, para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13, é expandido através da turbina compressora 13 e é conduzido a partir do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 através de uma linha de sopro 16 preferencialmente para dentro do dispositivo de alimentação de ar fresco 7. Neste caso, o motor-gerador 14 é comutado para um modo operativo do gerador, de modo a ser acionado pela turbina compressora 13 para fins de recuperação de energia (o rótulo "motor" foi atingido). Aqui, o fluxo de massa de gases de escape 24 não é utilizado pelo carregador de recuperação 12 e é descarregado completamente através de uma linha de descarga de gás de escape 20.

[0085] No caso de ser utilizada uma válvula proporcional 15b, a abertura pode ser realizada de forma progressiva ou apenas parcialmente regulada de modo a ramificar exatamente a fração do fluxo de massa de ar de carga 26 que não é atualmente requerida pelo motor de combustão interna.

[0086] Através do ajuste de válvula correspondente dos dispositivos de válvula 15a, 15b e 15c, por conseguinte, a direção de fluxo do fluxo de massa de ar de carga 26 através da turbina compressora 13 pode ser comutada.

[0087] Finalmente, a Figura 6 ilustra, substancialmente com base na mesma disposição do dispositivo de sobrealimentação, tal como nas Figuras 3 a 5, um ajuste dos dispositivos de válvula 15a, 15b, 15c e 15f que corresponde a um modo operativo de recuperação adicional que também pode ser denominado como "modo operativo de recuperação de ar de carga/de gás de escape" misto. Aqui, a primeira válvula de comutação 15a é ajustada de tal modo que, em um ajuste de válvula com uma passagem fechada do primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a para o lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13, a passagem a partir do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 para a linha de descarga 16 está aberta. Em contraste, a segunda válvula de comutação 15b é ajustada como no modo operativo de recuperação de ar de carga (vide Figura 5), sendo que, no caso de uma passagem pelo menos parcialmente ou totalmente aberta da linha de alimentação de ar de carga 8 para a linha de ramificação de alta pressão 11b, a passagem da linha de alimentação de ar de carga 8 para o lado de entrada 9 do motor de combustão interna 1 está pelo menos parcialmente ou totalmente fechada. A terceira válvula de comutação 15c está neste caso ajustada de tal modo que ambas a passagem da linha de ramificação de alta pressão 11b para a linha de alimentação de ar de carga 8 e a passagem da linha de recirculação de gás de escape 30 para a linha de ramificação de alta pressão 11b estão abertas. Ao mesmo tempo, a válvula de ramificação de gás de escape 15f é ajustada de modo que, no caso de uma passagem pelo menos parcialmente aberta da linha de descarga de gás de escape 20 para a linha de recirculação de gás de escape 30, a passagem da linha de descarga de gás de escape 20 a jusante do ponto de ramificação de gás de escape 20a está pelo menos parcialmente fechada. Em contraste com a ilustração das Figuras 1 a 5, a linha de recirculação de gás de escape 30 está ligada em um ponto de ramificação de gás de escape 20a da linha de descarga de gás de escape 20, cujo ponto de ramificação de gás de escape se situa no lado de alta pressão HD da turbina de gás de escape 5 do turbocompressor de gás de escape 4. É assim possível que a válvula de ramificação de gás de escape 15f seja operada, por assim dizer, à maneira de uma válvula da válvula de descarga convencional, onde aqui o fluxo de massa de gás de escape não é simplesmente conduzido para além da turbina de gás de escape 5 e de volta para a linha de descarga de gás de escape 20, mas é bastante conduzido, para fins de recuperação, através da turbina compressora 13 do carregador de recuperação 12. Isto é vantajoso, em particular, no modo operativo de recuperação de ar de carga/de gás de escape, porque o gás de escape recirculado está a um nível de pressão relativamente elevado e pode assim ser mais facilmente fundido com o fluxo de massa de ar de carga, o qual está igualmente a um nível de pressão elevado.

[0088] Deste modo, para implementar o modo operativo de recuperação de ar de carga/de gás de escape, o fluxo de massa de ar de carga 26 é conduzido a partir do lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 pelo menos parcialmente para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13 e, ao mesmo tempo, pelo menos uma parte do fluxo de massa de gás de escape 24 é ramificada a montante da turbina de gás de escape 5 no tubo de gás de escape 3 e conduzida igualmente para o lado de alta pressão HD da turbina compressora 13, pelo que se forma um fluxo de massa misto de gás de escape e ar de carga que se expande através da turbina compressora e que pode ser soprado do lado de baixa pressão ND da turbina compressora 13 através de uma linha de sopro 16 através do tubo de gás escape ou conduzido para dentro do dispositivo de alimentação de ar fresco 7. Neste caso, o motor-gerador 14 do carregador de recuperação 12 é comutado ao modo operativo do gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora 13 para fins de recuperação de energia.

[0089] Os dispositivos de sobrealimentação ilustrados nas Figuras 1 a 6 têm, como já mencionado, dois arrefecedores de ar de carga 17 dispostos em duas posições diferentes na linha de alimentação de ar de carga 8 no fluxo de massa de ar de carga 26. Um arrefecedor de ar de carga 17 é disposto entre o lado de alta pressão HD do compressor de ar fresco 6 e o primeiro ponto de ramificação de ar de carga 8a e o segundo refrigerador de ar de carga 17 está disposto entre o segundo ponto de ramificação de ar de carga 8b e a válvula de alavanca de estrangulamento 10, o que rende vantajosamente um arrefecimento de ar de carga de dois estágios para o modo operativo padrão e para o modo operativo de reforço e no modo operativo de recuperação de ar de carga, é conduzido um fluxo de massa de ar de carga arrefecido 26 para a turbina compressora 13.

[0090] Além disso, por meio do arrefecedor de gás de escape 32 disposto na linha de recirculação de gás de escape 30, o fluxo de massa de gás de escape 24 que é ramificado para fins de recuperação é também arrefecido antes de ser conduzido através da turbina compressora 13 no modo operativo de recuperação de gás escape ou no modo operativo de recuperação de ar de carga/de gás de escape. Por conseguinte, não é necessária uma concepção dispendiosa da turbina compressora 13 para temperaturas de funcionamento elevadas.

[0091] Resumidamente brevemente mais uma vez, a invenção refere-se assim a um dispositivo de sobrealimentação e a um método operativo para o referido dispositivo de sobrealimentação para um motor de combustão interna. Aqui, o dispositivo de sobrealimentação tem um turbocompressor de gás de escape e um carregador de recuperação, sendo que o carregador de recuperação tem uma turbina compressora e um motor-gerador eletromecânico acoplado a ela. Aqui, por meio de ligações de linha e dispositivos de válvula, a turbina compressora pode ser ligada, no seu lado de baixa pressão a jusante do compressor de ar fresco do turbocompressor de gás de escape, à linha de alimentação de ar de carga e em seu lado de alta pressão, tanto à linha de alimentação de ar de carga e ao tubo de gás de escape. O referido carregador de recuperação 12 pode, por meio dos dispositivos de válvula e do motor- gerador, ser comutado pelo menos entre um modo operativo de reforço e um modo operativo de recuperação, sendo que o referido carregador de recuperação é operável em primeiro lugar no modo operativo de reforço, de uma maneira acionada pelo motor-gerador, como um compressor para aumentar a pressão na linha de alimentação de ar de carga; em segundo lugar, de uma maneira acionada pelo menos em cada caso por uma parte do fluxo de massa de ar de carga e/ou do fluxo de massa de gás de escape, como uma turbina para recuperação de energia por meio do motor-gerador.

Claims (16)

1. Dispositivo de sobrealimentação para um motor de combustão interna (1) que possui um lado de entrada (9), um lado de gás de escape (19), um tubo de entrada (2) disposto no lado de entrada (9) e um tubo de gás de escape (3) disposto no lado do gás de escape, o dispositivo de sobrealimentação compreendendo - um turbocompressor de gases de escape (4) que possui uma turbina de gás de escape (5), que está disposta no tubo de gases de escape (3), e um compressor de ar fresco (6) possuindo um lado de baixa pressão (ND) e um lado de alta pressão (HD), que está disposto no tubo de entrada (2), - um dispositivo de alimentação de ar fresco (7) ao qual o compressor de ar fresco (6) está ligado no seu lado de baixa pressão (ND), - uma linha de alimentação de ar de carga (8) que liga o lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) ao lado de entrada do motor de combustão interna (1) para o propósito de condução de um fluxo de massa de ar de carga (26) gerado pelo compressor de ar fresco (6), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de sobrealimentação compreende ainda - um carregador de recuperação (12) que tem uma turbina compressora (13) com um lado de alta pressão (HD) e um lado de baixa pressão (ND) e possui um motor-gerador eletromecânico (14) acoplado à turbina compressora (13), - uma linha de sopro (16) e uma linha de descarga de gás de escape (20), a linha de descarga de gás de escape (20) sendo parte do tubo de gás de escape (3), e - uma pluralidade de dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) acoplados a um ou mais dentre a linha de alimentação de ar de carga (8), o carregador de recuperação (12), o dispositivo de alimentação de ar fresco (7) e a linha de descarga de gás de escape (20), sendo que - a turbina compressora (13), por um lado, no seu lado de baixa pressão (ND), é acoplada tanto à linha de alimentação de ar de carga (8) quanto à linha de descarga (16), e, por outro lado, no lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13), é acoplada tanto à linha de alimentação de ar de carga (8) quanto à linha de descarga de gás de escape (20) no tubo de gás de escape (3), por um ou mais da pluralidade de dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e), de tal modo que o carregador de recuperação (12) é operável de uma maneira dependente de ajustes dos dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e), pelo menos em primeiro lugar em um modo operativo de reforço de uma maneira acionada pelo motor-gerador (14) como um compressor para aumentar a pressão do fluxo de massa de ar de carga (26) na linha de alimentação de ar de carga (8) e, em segundo lugar, em um modo operativo de recuperação de uma maneira acionada como uma turbina para recuperação de energia com o motor-gerador (14) por pelo menos uma parte do fluxo de massa de ar de carga (26), por pelo menos uma parte de um fluxo de massa de gases de escape (24) ou por tanto a pelo menos parte do fluxo de massa de ar de carga (26) quanto a pelo menos parte do fluxo de massa de gases de escape (24).

2. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) compreendem um primeiro dispositivo de válvula e um segundo dispositivo de válvula e o dispositivo de sobrealimentação compreende ainda uma linha de recirculação de gás de escape (30), uma linha de ramificação de baixa pressão (11a) e uma linha de ramificação de alta pressão (11b) - o lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13) está ligado, através da linha de ramificação de baixa pressão (11a) e o primeiro dispositivo de válvula (15a), à linha de alimentação de ar de carga (8) em um primeiro ponto de ramificação de ar de carga (8a), - o lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13) está ligado, através da linha de ramificação de alta pressão (11b) e do segundo dispositivo de válvula (15b), à linha de alimentação de ar de carga (8) em um segundo ponto de ramificação de ar de carga (8b) a jusante do primeiro ponto de ramificação de ar de carga (8a), - a linha de ramificação de baixa pressão (11a) está ligada, em um ponto de ramificação de baixa pressão (11c), através do primeiro dispositivo de válvula (15a) ou de um outro dispositivo de válvula (15e) à linha de sopro (16), - a linha de ramificação de alta pressão (11b) está ligada, em um ponto de ramificação de alta pressão (11d), através da linha de recirculação de gás de escape (30) e de pelo menos um terceiro dispositivo de válvula (15c) à linha de descarga de gás de escape (20) no tubo de gás de escape (3) em um ponto de ramificação de gás de escape (20a), e a linha de alimentação de ar de carga (8) pode ser seletivamente fechada entre o primeiro ponto de ramificação de ar de carga (8a) e o segundo ponto de ramificação de ar de carga (8b) pelo segundo dispositivo de válvula (15b) ou pelo menos um dispositivo de válvula adicional (15d).

3. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro dispositivo de válvula (15a) é uma válvula de comutação (15a) que está disposta no ponto de ramificação de baixa pressão (11c), de tal modo que - em uma posição da válvula com uma passagem fechada do primeiro ponto de ramificação de ar de carga (8a) para o lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13), a passagem do lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13) para a linha de sopro (16) está aberta, e - em uma outra posição da válvula com uma passagem aberta do primeiro ponto de ramificação de ar de carga (8a) para o lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13), uma passagem para a linha de sopro (16) está fechada.

4. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o segundo dispositivo de válvula (15b) é uma válvula de comutação (15b) que está disposta no segundo ponto de ramificação de ar de carga (8b), de tal modo que - em uma posição da válvula com uma passagem fechada da linha de alimentação de ar de carga (8) para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna (1) e para a linha de ramificação de alta pressão (11b), uma passagem da linha de ramificação de alta pressão (11b) para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna (1) está aberta, - em uma primeira outra posição de válvula com uma passagem aberta da linha de alimentação de ar de carga (8) para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna (1), uma passagem da linha de alimentação de ar de carga (8) para a linha de ramificação de alta pressão (11b) está fechada, e - em uma segunda outra posição da válvula com uma passagem parcialmente ou totalmente aberta da linha de alimentação de ar de carga (8) para a linha de ramificação de alta pressão (11b), uma passagem da linha de alimentação de ar de carga (8) para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna (1) está parcialmente ou totalmente fechada.

5. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um terceiro dispositivo de válvula (15c) é uma válvula de comutação (15c), que está disposta no ponto de ramificação de alta pressão (11d), de tal modo que - em uma posição de válvula com uma passagem aberta da linha de ramificação de alta pressão (11b) para a linha de alimentação de ar de carga (8), uma passagem da linha de recirculação de gás de escape (30) para a linha de ramificação de alta pressão (11b) está fechada, - em uma primeira outra posição da válvula com uma passagem fechada da linha de ramificação de alta pressão (11b) para a linha de alimentação de ar de carga (8), uma passagem da linha de recirculação de gás de escape (30) para a linha de ramificação de alta pressão (11b) está aberta, e - em uma segunda outra posição da válvula, ambas a passagem da linha de ramificação de alta pressão (11b) para a linha de alimentação de ar de carga (8) e a passagem da linha de recirculação de gás de escape (30) para a linha de ramificação de alta pressão (11b) estão abertas.

6. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma quarta válvula de comutação (15f) disposta no ponto de ramificação de gás de escape (20a), e quando pelo menos uma passagem parcialmente aberta existe da linha de descarga de gás de escape (20) para a linha de recirculação de gás de escape (30), uma passagem da linha de descarga de gás de escape (20) a jusante do ponto de ramificação de gás de escape (20a) está pelo menos parcialmente fechada.

7. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a linha de sopro (16) está ligada ao dispositivo de alimentação de ar fresco (7) para recirculação de um fluxo de massa de sopro (27) para o dispositivo de alimentação de ar fresco (7).

8. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais arrefecedores de ar de carga (17) dispostos em uma ou mais posições na linha de alimentação de ar de carga (8) a montante, a jusante ou tanto a montante quanto a jusante da turbina compressora (13) no fluxo de massa de ar de carga (26).

9. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais arrefecedores de gás de escape (32) dispostos em uma ou mais posições na linha de recirculação de gás de escape (30) no fluxo de massa de gás de escape (24).

10. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a turbina compressora (13) do carregador de recuperação (12) possui uma caixa da turbina compressora com, e disposta na mesma, um arranjo de pás de guia fixas ou variáveis (13a) para otimizar o comportamento de escoamento ou o comportamento de entrada do fluxo de massa de ar de carga (26), do fluxo de massa de gás de escape (24) ou de tanto o fluxo de massa de ar de carga (26) quanto o fluxo de massa de gás de escape (24).

11. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de sobrealimentação é configurado, durante o funcionamento, para ser comutado pelo menos entre um modo operativo de reforço e um primeiro modo operativo de recuperação de uma maneira dependente do comportamento de funcionamento do motor de combustão interna (1) e pelas ligações de linha (11a, 11b, 11c, 11d, 30), dos dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) e do motor-gerador (14) do carregador de recuperação (12).

12. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de sobrealimentação é configurado para ser adicionalmente comutado para um modo operativo padrão e para outros modos operativos de recuperação diferentes, que são diretos do primeiro modo operativo de recuperação.

13. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) e o carregador de recuperação (12) estão configurados de modo que, para implementar o modo operativo padrão, o fluxo de massa de ar de carga (26) é conduzido a partir do lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) através da linha de alimentação de ar de carga (8) diretamente para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna, e o motor-gerador (14) do carregador de recuperação (12) é comutado para um estado neutro, sendo que o fluxo de massa de gás de escape (24) é descarregado inteiramente, inutilizado, através da linha de descarga de gases de escape (20).

14. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) e o carregador de recuperação (12) estão configurados de modo que, para implementar um modo operativo de recuperação adicional, o fluxo de massa de ar de carga (26) é conduzido a partir do lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) pelo menos parcialmente para o lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13), é expandido através da turbina compressora (13) e é introduzido do lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13) de volta para o dispositivo de alimentação de ar fresco (7) através da linha de sopro (16), e o motor-gerador (14) é comutado para um modo operativo do gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora (13) para efeitos de recuperação de energia, e o fluxo de massa de gás de escape (24) é descarregado inteiramente, inutilizado, através da linha de descarga de gás de escape (20).

15. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de válvula (15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f) e o carregador de recuperação (12) estão configurados de modo que, para implementar um modo operativo de recuperação adicional, o fluxo de massa de ar de carga (26) é conduzido a partir do lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) pelo menos parcialmente para o lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13) e, ao mesmo tempo, pelo menos uma parte do fluxo de massa do gás de escape (24) é ramificada do tubo de gás de escape e conduzida para o lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13), pelo qual se forma um fluxo de massa misto de gás de escape e ar de carga que é expandido através da turbina compressora (13) e que é soprado do lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13) através da linha de sopro (16) ou conduzido para dentro do dispositivo de alimentação de ar fresco (7), sendo que o motor-gerador (14) é comutado para um modo operativo do gerador de modo a ser acionado pela turbina compressora (13) para efeitos de recuperação de energia.

16. Dispositivo de sobrealimentação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de válvula (15a a 15f) e o carregador de recuperação (12) são configurados de tal modo que para implementar o modo operativo de reforço, o fluxo de massa de ar de carga (26) é conduzido a partir do lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) para o lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13), é ainda comprimido pela turbina compressora (13) e é conduzida a uma pressão elevada do lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13) de volta para a linha de alimentação de ar de carga (8) e para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna (1), e o motor-gerador (14) é comutado para um modo de motor de modo a acionar a turbina compressora (13) para os efeitos de aumentar a pressão na linha de alimentação de ar de carga (8), e para implementar o primeiro modo operativo de recuperação, o fluxo de massa de ar de carga (26) é conduzido a partir do lado de alta pressão (HD) do compressor de ar fresco (6) através da linha de alimentação de ar de carga (8) diretamente para o lado de entrada (9) do motor de combustão interna, e ao mesmo tempo, um fluxo de massa de gás de escape (24) é ramificado a partir do tubo de gás de escape e é conduzido para o lado de alta pressão (HD) da turbina compressora (13) e é expandido através da turbina compressora e soprado do lado de baixa pressão (ND) da turbina compressora (13) através da linha de sopro (16) ou conduzido para dentro do dispositivo de alimentação de ar fresco (7), sendo que o motor-gerador (14) é comutado para um modo operativo do gerador durante o primeiro modo operativo de recuperação de modo a ser acionado pela turbina compressora (13) para efeitos de recuperação de energia.

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