BRPI0818456B1

BRPI0818456B1 - Compressor superalimentado e processo para controlar um compressor superalimentado

Info

Publication number: BRPI0818456B1
Application number: BRPI0818456-9A
Authority: BR
Inventors: Jörg Mellar
Original assignee: Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2020-09-29
Also published as: BRPI0818456A2; RU2516048C2; KR101480931B1; RU2010121885A; JP2011501044A; EP2205870B1; JP5453287B2; CN101835985B; CN101835985A; KR20100070354A; DE102007051940A1; WO2009056245A1; EP2205870A1; US9039387B2; US20100269799A1

Abstract

compressor superalimentado e processo para controlar um compressor superalimentado. a presente invenção refere-se a um compressor superalimentado (10) para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário (12), com uma câmara de êmbolo (14), um espaço morto (16) e um dispositivo de válvula (18) para conectar o espaço morto (16). de acordo com a presente invenção é previsto que o dispositivo de válvula (18) é realizado de tal modo que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado (10) pode ser reduzido para um valor diferente de zero através da conexão de espaço morto (16). a presente invenção refere-se ainda a um processo para controlar um compressor superalimentado (10) para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário (12), com uma câmara de êmbolo (14), um espaço morto (16) e um elemento de vedação (18) para a conexão do espaço morto (16).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um compressor superalimentado para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário, com uma câmara de êmbolo, um espaço morto e um dispositivo de válvula para conectar o espaço morto.

[002] A presente invenção refere-se ainda a um processo para controlar um compressor superalimentado para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário com uma câmara de êmbolo, um espaço morto e um dispositivo de válvula para ligar o espaço morto.

[003] Veículos utilitários modernos muitas vezes dispõem de sistemas parciais operados por ar comprimido, tais como um freio de serviço operado por ar comprimido e suspensão a ar, motivo pelo qual um dispositivo de abastecimento com ar comprimido que compreende um compressor são integrados em um veículo utilitário. Além disso, o veículo utilitário normalmente dispõe de um motor de combustão interna que por motivos de eficiência frequentemente é equipado com um turboalimentador. A princípio existem duas diferentes possibilidades para o compressor absorver o ar ambiente. Uma possibilidade é aspirar o ar não comprimido antes do turboalimentador, sendo que também pode ser simplesmente aspirado o ar ambiente, ao passo que a outra possibilidade é desviar depois do turboalimentador e, em caso ideal, depois de um radiador de ar de um turboalimentador, o ar já pré- comprimido. Em virtude da aspiração de ar já comprimido pelo turboalimentador surge, em particular com o número de rotações do motor mais altos e cargos do motor altos, uma vazão de ar fortemente aumentada no compressor. Porém, com os números de rotações do motor baixos quase que não pode ser constatado um transporte de ar elevado. A causa para tal são os dimensionamentos típicos do turboalimentador que com os números de rotações do motor baixos e cargas baixas ainda não geram nenhuma pressão de carga aproveitável. Também é uma desvantagem que são necessárias válvulas muito grandes dentro do compressor para poder aguentar os altos volumes de fluxos que surgem no caso de pressões e cargas altas. Na utilização de válvulas convencionais podem ocorrer pressões de pique de 0,2MPa a 0,3MPa (20 a 30 bar) que são claramente superiores às pressões de pique de 1,2 MPa a 1,8MPa (12 a 18 bar) que ocorrem sem superalimentação. Como alternativa é possível, baixar a compressão máxima do compressor por meio de um espaço morto permanentemente existente, fato este que, porém, é desvantajoso para o transporte de ar, em particular em caso de pressão de carga baixa do compressor e que baixaria mais ainda o transporte de ar nessa área. Além disso, cabe notar que o veículo utilitário muitas vezes apresenta uma demanda de ar maior com números de rotações de motor baixos. Um exemplo para tal é a operação de troca de contêineres e a demanda de ar em pontos de parada de um ônibus.

[004] A presente invenção tem a tarefa de fornecer um compressor superalimentado que não apresenta as vantagens mencionadas.

[005] Esta tarefa é solucionada com as características das reivindicações independentes.

[006] Configurações e aperfeiçoamentos vantajosos da presente invenção são evidentes das reivindicações dependentes.

[007] A presente invenção baseia-se no compressor superalimentado do gênero pelo fato de que o dispositivo de válvula é executado de tal modo que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado pode ser reduzido a um valor diferente de zero conectando-se o espaço morto. Em virtude da conexão de espaço morto e consequente redução do volume de ar transportado, as pressões de pique que surgem durante as fases de compressão no interior do compressor superalimentado são reduzidas. Por essa razão, as válvulas usadas podem ser dimensionadas para volumes de fluxo menores, sendo que ao mesmo tempo um espaço morto permanentemente existente pode ser dispensado. Além disso, os componentes do mecanismo de manivela podem permanecer amplamente sem reforço.

[008] Com vantagem pode ser previsto nisso, que o dispositivo de válvula compreenda várias válvulas que podem ser ligadas individualmente. A conexão de espaço morto usualmente acontece por meio da conexão de um dispositivo de válvula que libera uma conexão entre a câmara de êmbolo e o espaço morto na forma de seções transversais definidas de válvulas. Através dessa seção transversal de válvula definida, o compressor superalimentado coloca ar no espaço morto durante a fase de compressão. Ao lado do volume do espaço morto, a seção transversal de válvula da conexão liberada é importante, uma vez que este determina a resistência ao fluxo para o ar. Várias válvulas conectáveis individualmente possibilitam, portanto, um aumento da seção transversal da válvula adaptado à pressão de carga ou uma diminuição da resistência à corrente.

[009] Apropriadamente pode ser previsto também que o espaço morto compreende vários volumes separados que podem ser conectados individualmente pelo dispositivo de válvula. A conexão de mais volume de espaço morto possibilita em caso de necessidade mais redução das pressões de pique que ocorrem no compressor superalimentado.

[0010] Como alternativa pode ser previsto que o dispositivo de válvula compreende uma válvula conectável em pelo menos dois estágios. Também com uma válvula conectável em pelo menos dois estágios, a seção transversal de válvula liberada entre a câmara de êmbolo e o espaço morto pode ser ajustado de acordo com a demanda, razão pela qual, desse modo também as pressões de pique que ocorrem no compressor superalimentado podem ser reduzidas gradualmente.

[0011] Em particular pode ser previsto que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado possa ser reduzido para zero através da conexão de espaço morto. Se a seção transversal de válvula liberada pelo dispositivo de válvula entre a câmara de êmbolo e o espaço morto for suficientemente grande e ao mesmo tempo o volume do espaço morto suficiente, então a pressão de transporte alcançável pelo compressor superalimentado pode ser abaixada para abaixo da pressão necessária para o transporte de um volume de ar. Neste estado, o compressor superalimentado não transporta mais nenhum volume de ar e necessita respectivamente menos energia, uma vez que executa menos trabalho. Desse modo, pode ser realizado um sistema para economizar energia.

[0012] Também pode ser previsto que uma embreagem conjugada ao compressor superalimentado seja apropriada para separar o compressor superalimentado do motor. Através da separação completa da conexão entre o compressor e o motor, o transporte de ar e, com isso, a carga do compressor baixa para zero.

[0013] A presente invenção baseia-se no processo do gênero pelo fato de que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado é reduzido para um valor diferente de zero adicionando espaço morto por meio de conexão.

[0014] Dessa forma, as vantagens e particularidades do compressor de acordo com a presente invenção também são realizadas no contexto de um processo. Isto também vale para as formas de execução indicadas a seguir, especialmente preferidas, do processo de acordo com a presente invenção.

[0015] Isto é aperfeiçoado de modo útil pelo fato de que o volume de ar transportado é influenciado através da alteração de uma seção transversal de válvula na totalidade aberta do dispositivo de válvula entre o espaço morto e a câmara de êmbolo.

[0016] Também pode ser previsto que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado seja reduzido para zero pela adição por conexão de espaço morto.

[0017] Utilmente pode ser previsto que pelo menos uma condição para a conexão de espaço morto somente será cumprida durante uma fase de aceleração do veículo utilitário.

[0018] Em particular pode ser previsto que a conexão de espaço morto ocorre em dependência de pelo menos uma das seguintes grandezas: - número de rotações do motor, - número de rotações do turboalimentador, - pressão de admissão do turboalimentador, - carga do motor, - necessidade de ar do veículo utilitário.

[0019] A pressão de admissão do turboalimentador ou o número de rotações do turboalimentador ou o número de rotações do motor e o cargo do motor podem ser consultados como base de decisão de se a adição por conexão de espaço morto para diminuir a pressão de pique que ocorre no compressor superalimentado é apropriada. Além disso, a demanda de ar do veículo utilitário pode ser usada como critério para adicionar espaço morto. Se o veículo utilitário dispor de ar comprimido suficiente, o compressor superalimentado pode ser transferido para um estado de economizar energia, independentemente de outras grandezas.

[0020] Com vantagem pode ser previsto que uma embreagem conjugada ao compressor seja operada para separar o compressor do motor.

[0021] Nisso, é previsto apropriadamente que pelo menos um pré- requisito para a conexão da embreagem somente seja cumprida durante uma fase de aceleração do veículo utilitário.

[0022] Em particular, pode ser previsto que a mudança da embreagem ocorra em dependência de pelo menos uma das seguintes grandezas: - número de rotações do motor, - número de rotações do turboalimentador - pressão de admissão do turboalimentador - cargo do motor - demanda de ar do veículo utilitário.

[0023] A presente invenção será explicada agora fazendo referência aos desenhos em anexo com a ajuda de formas de execução especialmente preferidas a título de exemplo.

[0024] Eles mostram:

[0025] a figura 1 mostra uma ilustração esquematizada simplificada de um veículo com um compressor superalimentado;

[0026] a figura 2 mostra uma imagem em corte de um compressor;

[0027] a figura 3 mostra o volume de ar transportado por um compressor superalimentado de acordo com a presente invenção em dependência da pressão de admissão;

[0028] a figura 4 mostra um campo característico de um motor com diversas faixas operacionais de um compressor superalimentado de acordo com a presente invenção para ilustrar o modo de trabalhar do processo.

[0029] Nos desenhos seguintes, referências idênticas marcam componentes idênticos ou similares.

[0030] A figura 1 mostra uma ilustração esquematizada simplificada de um veículo utilitário 12 com um compressor superalimentado 10. O veículo utilitário 12 é acionado por um motor 20 cuja corrente de gás de escape propulsiona um turboalimentador 22. O turboalimentador 22, através de um filtro de ar 24, aspira ar fresco que é conduzido ao motor 20 com uma pressão de admissão que depende do fluxo de massa do gás de escape do motor. O compressor superalimentado 10 também é abastecido com ar fresco através de um ponto nodal 26 sendo que este ponto nodal 26 é disposto a jusante do turboalimentador 22. É imaginável dispor entre o ponto nodal 26 e o turboalimentador 22 ainda um radiador de ar superalimentado que esfria novamente o ar pré- comprimido pelo turboalimentador 22. Além disso, uma embreagem 72 é conjugada ao compressor superalimentado 10 que é disposta entre o motor 20 e o compressor superalimentado 10. Através da abertura da embreagem 72 o compressor 10 pode ser separado do motor 20.

[0031] A figura 2 mostra uma imagem de corte de um compressor 10. O compressor 10 compreende uma caixa de cilindro 38 com aletas de refrigeração 40 que envolve um êmbolo 36 que se movimenta dentro de uma câmara de êmbolo 14 que é acionado por um eixo de manivela 42. As aletas de refrigeração 40 não são obrigatoriamente necessárias, porém, cuidam da refrigeração da caixa de cilindro 38, sendo que outros tipos não mostrados da refrigeração da caixa de cilindro 38, por exemplo, uma refrigeração à água, muitas vezes apresentam uma eficácia de refrigeração maior. Além disso, são mostradas uma entrada de ar 30 com uma válvula de entrada de ar 28, uma saída de ar 34 com uma válvula de saída de ar 32, e um espaço morto 16 com um dispositivo de válvula 18.

[0032] Durante uma fase de aspiração de ar mostrada, o êmbolo 36 se movimenta no interior da câmara de êmbolo 14 para baixo, quando a válvula de entrada de ar 28 aspira ar da entrada de ar 30 para dentro da câmara de êmbolo 14. Na fase de aspiração, a válvula de saída de ar 32 é fechada, condicionado pela construção. Durante a fase de transporte não mostrada, o êmbolo 36 se movimenta na câmara de êmbolo 14 para cima quando a válvula de entrada de ar 28 fecha, a válvula de saída de ar 32 abre ao alcançar uma pressão suficientemente forte, e o ar é transportado para a saída de ar 34.

[0033] Se o dispositivo de válvula 18 for ligado, abre uma conexão entre a câmara de êmbolo 14 e o espaço morto 16 através da qual pode fluir ar. A resistência à corrente, em essência, depende da seção transversal da válvula liberada que conecta o dispositivo de válvula 18. Se o compressor 10 se encontrar em uma fase de transporte, o ar é comprimido não somente no interior da câmara de êmbolo 14, mas sim, também no espaço morto 16. A compressão relativa do ar é reduzida, portanto, uma vez que o volume a ser reduzido da câmara de êmbolo é aumentado pelo espaço morto quando o dispositivo de válvula 18 libera uma seção transversal de válvula suficientemente grande. Se a seção transversal de válvula liberada não for suficientemente grande, ela funciona como estrangulador. Nesse caso, a pressão que surge durante a compressão é reduzida menos.

[0034] Se o volume do espaço morto 16 e o da seção transversal da válvula liberada pelo dispositivo de válvula 18 ultrapassarem um determinado limite, então a pressão alcançável na câmara de êmbolo durante uma fase de transporte pode ser menor do que a pressão reinante na área da saída de ar 34. Nesse caso não há mais nenhum transporte de ar, sendo que ao mesmo tempo precisa ser executado menos trabalho para a compressão do ar. Dessa forma pode ser realizado um sistema de economia de energia para o compressor superalimentado 10.

[0035] A figura 3 mostra o volume de ar transportado de um compressor 10 de acordo com a presente invenção em dependência da pressão de admissão. As linhas contínuas 44, 46, 48 e 50 são curvas interpoladas pelos pontos de dados pertencentes que indicam o volume de ar transportado de um compressor superalimentado em dependência do número de rotações do compressor. A curva 44 corresponde ao volume de ar sem turboalimentação, isto é, uma pressão de admissão de (0 psi). As curvas 46, 48 e 50 correspondem a pressões de admissão de 137,4 kPa(20 psi), 275 kPa e 412,2 KPa(40 psi e 60 psi). Além disso, é mostrada uma linha pontilhada 52 que mostra a quantidade de ar transportada medida de um compressor superalimentado de acordo com a presente invenção em dependência do número de rotações do compressor. Na parte inferior da curva entre cerca de 600 e 800 rotações por minuto, a curva 52 coincide com a curva 44. Estes números de rotações do compressor 10 correlacionam com números de rotações baixos do motor 20, onde o turboalimentador 22 ainda não consegue desenvolver uma pressão de admissão digna de menção. Entre 800 e 3000 rotações por minuto, a quantidade de ar transportada aumenta em virtude da pressão de admissão crescente do compressor 10, porém, torna-se mais plana na área superior ao alcançar a pressão de admissão máxima do turboalimentador 22 usado. Cabe notar que o compressor superalimentado 10 de acordo com a presente invenção transporta pelo menos a mesma quantidade de ar como um compressor não superalimentado apresentado na curva 44. Em particular em marcha livre pode ser transportado, portanto, no mínimo a mesma quantidade de ar como sem turboalimentação.

[0036] A figura 4 mostra um campo característico de motor com diversas faixas operacionais de um compressor superalimentado de acordo com a presente invenção para ilustrar o modo de funcionar do processo. Como de praxe, no eixo X são registradas as rotações do motor, no eixo y, o torque fornecido pelo motor, e adicionalmente, a partir da direita na forma de hipérboles, linhas da mesma potência do motor. Além disso, no interior do campo característico do motor, linhas da mesma pressão de admissão em milímetros. Uma primeira faixa operacional 62, uma segunda faixa operacional 64 e uma terceira faixa operacional 66 são separadas de um primeiro limite de mudança 58 e um segundo limite de mudança 60. A linha em negrito 56 representa uma curva medida de dados do motor, com cuja ajuda o processo é explicado a seguir.

[0037] Na primeira faixa operacional do compressor superalimentado nenhum espaço morto 16 é conectado. Na segunda faixa operacional 64, o espaço morto 16 é conectado parcialmente através do dispositivo de válvula 18, ao passo que na terceira faixa operacional 66 o espaço morto 16 é conectado por completo ou a embreagem 72 é aberta. A partir do ponto morto 54 na primeira faixa operacional 62, o veículo acelera, sendo que o estado do motor 20 movimenta-se da esquerda embaixo para a direita em cima ao longo de uma curva em S 56 através do campo característico do motor. Ao alcançar o primeiro limite de mudança 58, o espaço morto 16 é parcialmente conectado, a fim de baixar as pressões de pique que ocorrem no compressor superalimentado 10 durante a compressão do ar. Com o número de rotações do motor crescente, as pressões de admissão disponibilizadas pelo turboalimentador 22 crescem rapidamente, e ao alcançar o segundo limite de mudança 60, o espaço morto 16 é conectado por completo, a fim de baixar novamente as pressões de pique no interior do compressor superalimentado 10, ou a embreagem 72 é aberta, e o compressor 10 é completamente separado do motor 20. Ao alcançar um ponto de mudança superior 70 é engatada a próxima marcha maior de uma caixa de câmbio não mostrada, sendo que ao mesmo tempo o número de rotações do motor cai rapidamente. Depois de reconectar a caixa de câmbio, o número de rotações do motor sobe novamente até o ponto 70. Durante o processo de mudança, a curva 56 atravessa novamente o segundo limite de mudança 60, motivo pelo qual o dispositivo de válvula 18 é novamente e parcialmente desconectado ou a embreagem 72 é fechada novamente. Cabe considerar que o primeiro limite de mudança 58 foi selecionado de tal modo que somente é atravessada uma vez durante a fase de aceleração do veículo utilitário 12. Todos os processos seguintes ocorrem na segunda faixa operacional 64 e na terceira faixa operacional 66. Ao alcançar a velocidade final do veículo utilitário 12, o motor 20 usualmente encontra-se dentro da faixa operacional normal 68 que está afastada do primeiro limite para mudança 58 e do segundo limite para mudança 60. Também é imaginável, colocar o motor em um estado de economia de energia através de conectar mais espaço morto ou de aumentar a seção transversal da válvula livre, onde a quantidade de ar transportada vai ao encontro de zero.

[0038] As características da presente invenção reveladas na descrição acima, nos desenhos e nas reivindicações podem ser essenciais para a realização da presente invenção tanto individualmente e também em qualquer combinação. LISTAGEM DE REFERÊNCIA 10 Compressor 12 Veículo utilitário 14 Câmara de êmbolo 16 Espaço morto 18 Dispositivo de válvula 20 Motor 22 Turboalimentador 24 Filtro de ar 26 Ponto nodal 28 Válvula de entrada de ar 30 Entrada de ar 32 Válvula de saída de ar 34 Saída de ar 36 Êmbolo 38 Caixa de cilindro 40 Aleta de refrigeração 42 Eixo de manivela 44 Pressão de admissão de (0 psi) 46 Pressão de admissão de 137,4 KPa(20 psi) 48 Pressão de admissão de 275 kpa(40 psi) 50 Pressão de admissão de 343,75 kpa(50 psi) 52 Valores de medição 54 Ponto morto 56 Curva medida 58 Primeiro limite para mudança 60 Segundo limite para mudança 62 Primeira faixa operacional 64 Segunda faixa operacional 66 Terceira faixa operacional 68 Faixa operacional normal 70 Ponto para mudança 72 Embreagem

Claims

1. Compressor superalimentado (10) para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário (12), com uma câmara de êmbolo (14), um espaço morto (16) que é completamente separado da câmara de êmbolo (14) ou conectado à câmara de êmbolo (14) por meio de um dispositivo de válvula (18) para conectar o espaço morto (16), sendo que o dispositivo de válvula (18) é realizado de tal modo que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado (10) pode ser reduzido para um valor diferente de zero através da conexão de espaço morto (16), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de válvula (18) compreende uma válvula que pode ser operada em pelo menos dois estágios que possui um estado de conexão fechado, um primeiro estado de conexão aberto com uma primeira seção transversal de válvula geralmente aberta e um segundo estado de conexão com uma segunda seção transversal de válvula aberta que é maior do que a primeira seção transversal de válvula aberta.

2. Compressor superalimentado (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de válvula (18) compreende uma pluralidade de válvulas que podem ser operadas individualmente.

3. Compressor superalimentado (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o espaço morto (14) compreende uma pluralidade de volumes separados que podem ser operados individualmente pelo dispositivo de válvula (18).

4. Compressor superalimentado (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado (10) pode ser reduzido para zero através da conexão de espaço morto (16).

5. Compressor superalimentado (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma embreagem (72) conjugada ao compressor superalimentado (10) é apropriada para separar o compressor superalimentado (10) do motor (20).

6. Veículo utilitário (12) caracterizado por um compressor superalimentado (10) como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.

7. Processo para controlar um compressor superalimentado (10) para o abastecimento com ar comprimido de um veículo utilitário (12), com uma câmara de êmbolo (14), um espaço morto (16) que é completamente separado da câmara de êmbolo (14) ou conectado à câmara de êmbolo (14) por meio de um dispositivo de válvula (18) para conectar o espaço morto (16), sendo que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado (10) é reduzido para um valor diferente de zero através da conexão de espaço morto (16), caracterizado pelo fato de que o dispositivo de válvula (18) compreende uma válvula que pode ser operada em pelo menos dois estágios que tem um estado de conexão fechado, um primeiro estado de conexão aberto e um segundo estado de conexão aberto, e que o volume de ar transportado é influenciado pela alteração de uma seção transversal de válvula na sua totalidade aberta do dispositivo de válvula (18) entre o espaço morto (16) e a câmara de êmbolo (14).

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o volume de ar transportado pelo compressor superalimentado (10) é reduzido para zero através da conexão de espaço morto (16).

9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma condição para a conexão de espaço morto (16) somente é cumprida durante uma fase de aceleração do veículo utilitário (12).

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a conexão de espaço morto (16) é realizada em dependência de pelo menos uma das grandezas seguintes: - número de rotações do motor, - número de rotações do turboalimentador, - pressão de admissão do turboalimentador, - carga do motor, - necessidade de ar do veículo utilitário.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que uma embreagem (72) conjugada ao compressor (10) é operada para separar o compressor (10) do motor (20).

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma condição para operar a embreagem (72) somente é cumprida durante uma fase de aceleração do veículo utilitário (12).

13. Processo de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a operação da embreagem (72) é realizada em dependência de pelo menos uma das seguintes grandezas: - número de rotações do motor, - número de rotações do turboalimentador, - pressão de admissão do turboalimentador, - carga do motor, - necessidade de ar do veículo utilitário.