ES2253725T3 - Motor sobrealimentado con turboalimentador electrico asistido. - Google Patents

Abstract

Un motor sobrealimentado que comprende - un motor de combustión interna (2) con una línea de aire (4), una línea de escape (8) y una válvula (20) sobre la línea de aire; - un primer turbocompresor (12) con una primera turbina (10) sobre la línea de escape (8) y un primer compresor (16) sobre la línea de aire; - un segundo turbocompresor (22) con una segunda turbina (24) sobre la línea de aire en paralelo a la válvula (20), un segundo compresor (26) sobre la línea de aire y un motor eléctrico (28) adaptado para impulsar por rotación la segunda turbina y el segundo compresor.

Description

Motor sobrealimentado con turboalimentador eléctrico asistido.

La invención trata del campo de los motores de combustión interna y más concretamente de la turbocompresión en estos motores de combustión interna.

Un turbocompresor es un dispositivo formado por una turbina y un compresor impulsado por rotación por la turbina, a través de un árbol que une la rueda de la turbina y la rueda del compresor; a continuación, se utilizan los términos turbina o compresor para designar la rueda de la turbina o la rueda del compresor. La turbina está dispuesta en el trayecto de los gases de escape de un motor de combustión interna y es impulsada por rotación por los gases que salen del motor. El compresor está dispuesto en el trayecto de admisión de aire en el motor. Comprime el aire inyectado en el motor, permitiendo una sobrealimentación del motor en relación con un régimen de admisión de la presión atmosférica. Los motores sobrealimentados con ayuda de este dispositivo presentan el inconveniente de tener un tiempo de respuesta no nulo sobre el aumento del par motor. Este tiempo de respuesta es debido al aumento de velocidad del conjunto rotatorio del turbocompresor -rueda de turbina, árbol y rueda de compresor- que no se efectúa de forma instantánea. De ello resulta una demora en la consecución del par desarrollado por el motor en respuesta a una demanda de aceleración de régimen.

Se conoce una solución para responder a este problema de tiempo de respuesta del aumento del par de un motor sobrealimentado por turbocompresor. Consiste en asistir eléctricamente al turbocompresor colocando un motor eléctrico sobre el árbol del conjunto rotatorio del turbocompresor. Esta solución es conocida con el acrónimo EAT, del inglés "Electric Assist Turbocharger", o sea, turbocompresor asistido eléctricamente. Cuando el conductor pisa el acelerador, la energía eléctrica penetra en la red de a bordo a través del motor eléctrico, para impulsar el conjunto rotatorio del turbocompresor. El par adicional generado por el motor eléctrico acelera el conjunto rotatorio y reduce el tiempo de aumento de velocidad de este último. El aumento del par del motor sobrealimentado es más rápida: el conductor percibe un verdadero aumento del par como respuesta a una demanda de aceleración. Esta solución permite además recuperar una parte de la energía contenida en los gases de escape, si el motor eléctrico impulsado por la turbina puede funcionar como generador.

Uno de los problemas de puesta en práctica de esta solución es que el motor eléctrico debe ser fijado al cárter de la turbina, que puede alcanzar temperaturas elevadas -del orden de 950ºC.

Otra solución conocida consiste en disponer sobre la línea de aire una rueda de compresor impulsada por un motor eléctrico, en serie con el turbocompresor. Esta solución se conoce bajo el nombre inglés Electric Booster o Ebooster, o sea, impulsor eléctrico . Cuando el conductor pisa el pedal del acelerador en una fase de demanda de par, el motor eléctrico del impulsor es embragado, lo que produce una compresión, con un tiempo breve de aumento de régimen en relación con el del turbocompresor. Durante la fase de aumento de velocidad del turbocompresor, la necesidad de presión del motor está asegurada por el impulsor; cuando el turbocompresor ha alcanzado su régimen de crucero, el motor del impulsor se para. Como en la solución anterior, la utilización de un impulsor eléctrico permite evitar un retraso en el aumento del par cuando la demanda de aceleración es aplicada por el conductor.

Esta solución no presenta los inconvenientes de un turbocompresor asistido eléctricamente; sin embargo, no permite recuperar la energía de los gases de escape.

El documento DE-A-32 05 722 propone reemplazar la válvula mariposa en la línea de admisión de un motor de combustión por una máquina, para evitar las pérdidas provocadas por esta válvula mariposa. La máquina es una máquina eléctrica que se impulsa por el flujo de aire cuando el motor funciona a una carga inferior a la carga atmosférica plena. La máquina proporciona así energía a la batería del vehículo. Para cargas superiores, la máquina es impulsada por el motor eléctrico y funciona como cargador. Esta solución permite evitar pérdidas de energía cinética provocadas por la válvula mariposa. El documento muestra también modos de realización en los cuales la máquina está montada sobre la línea de aire, en serie o en paralelo con una válvula mariposa: la presencia de una válvula mariposa permite entonces controlar mejor el flujo de aire.

Así pues, se necesita una solución sencilla que permita evitar, en un motor sobrealimentado, el retraso en el aumento de régimen cuando el conductor pisa el acelerador.

En un modo de realización, la invención propone por tanto un motor sobrealimentado que comprende

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un motor de combustión interna con una línea de aire, una línea de escape y una válvula sobre la línea de aire;

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un primer turbocompresor con una primera turbina sobre la línea de escape y un primer compresor sobre la línea de aire;

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un segundo turbocompresor con una segunda turbina sobre la línea de aire en paralelo a la válvula, un segundo compresor sobre la línea de aire y un motor eléctrico adaptado para impulsar por rotación la segunda turbina y el segundo compresor.

El motor puede además presentar una o varias de las siguientes características:

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el segundo compresor está montado sobre la línea de aire en paralelo a una segunda válvula;

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una chapeleta está montada en serie con la segunda turbina, estando montado en paralelo a la válvula el conjunto de la chapeleta y de la segunda turbina;

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el primer compresor está sobre la línea de aire entre el segundo compresor y el motor de combustión interna;

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el segundo compresor está sobre la línea de aire entre el primer compresor y el motor de combustión interna;

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un refrigerador de aire de admisión está montado en la línea de aire por encima de la derivación de la segunda turbina;

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un refrigerador de aire de admisión está montado sobre la línea de aire en paralelo a la segunda turbina.

En otro modo de realización, la invención propone un vehículo automóvil equipado con este tipo de motor sobrealimentado. El vehículo puede presentar un circuito eléctrico principal unido al motor eléctrico del motor sobrealimentado. Se puede también prever un circuito eléctrico principal y un segundo circuito eléctrico unido al motor eléctrico y comprendiendo al menos una batería.

Por último, la invención propone un procedimiento de explotación de este tipo de motor sobrealimentado que comprende una etapa de impulso por rotación de la primera turbina por los gases de escape y de impulso por rotación de la segunda turbina por el aire comprimido por el primer compresor, no siendo alimentado el motor eléctrico. Se puede prever que la etapa de impulso por rotación comprende también la apertura de la segunda válvula.

Se puede también prever una etapa de alimentación del motor eléctrico, preferentemente con cierre de chapeleta.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán en la lectura de la descripción que viene a continuación, ofrecida a título de ejemplo y en referencia a los dibujos que muestran

figura 1 una vista esquemática de un primer modo de realización de un motor según la invención;

figura 2 un diagrama de las zonas de funcionamiento del motor de la figura 1;

figuras 3, 4 y 5 vistas esquemáticas similares de otros modos de realización de la invención.

La invención propone, en un motor provisto de turbocompresor (o primer turbocompresor), utilizar un segundo turbocompresor, asistido de forma eléctrica, cuya turbina y compresor estén montados sobre la línea de admisión de aire. Con carga débil, la turbina del segundo turbocompresor (o segunda turbina) permite recuperar energía sobre el flujo de aire de admisión. Al aumentar la potencia, el motor del segundo turbocompresor es embragado, de manera que el compresor del segundo turbocompresor (o segundo compresor) asegura la alimentación del motor durante el periodo de aumento de carga del primer turbocompresor. Cuando el primer turbocompresor asegura la sobrealimentación, el segundo turbocompresor puede también permitir, al menos en ciertos modos de realización, recuperar energía.

La figura 1 muestra una vista esquemática de un primer modo de realización de un motor según la invención; en la figura sólo están representados los elementos útiles para la comprensión de la invención. Podemos apreciar en la figura el motor propiamente dicho, con la línea de aire 4 que termina en el distribuidor 6. Del lado del escape, está prevista la turbina 10 del primer turbocompresor 12 en la línea de escape 8, montada en paralelo con una válvula de escape 14. El compresor 16 del turbocompresor 12 está dispuesto sobre la línea de aire y es impulsado por la turbina 10, como de por sí ya se sabe. Está representado también sobre la línea de aire 4 el refrigerador del aire de admisión 18 así como la válvula mariposa 20.

La figura muestra también el turbocompresor asistido eléctricamente 22 que comprende una segunda turbina 22, un segundo compresor 26 y un motor 28. En el ejemplo de la figura 1, el segundo compresor está montado sobre la línea de aire 4 en serie entre el primer compresor 16 y el refrigerador de aire de admisión 18. Las ventajas de esta configuración se discuten a continuación. La figura muestra también que el segundo compresor está montado en paralelo con una primera derivación 30, en la cual está dispuesta una válvula 32 de cortocircuito de compresor secundario. Esta válvula permite, como se describe más adelante, controlar la proporción de flujo de aire que circula a través del segundo compresor 26.

La segunda turbina 24 está montada sobre una segunda derivación 34, en paralelo a la válvula mariposa 20. En esta derivación está dispuesta una chapeleta. La chapeleta está ajustada de forma que presenta una pérdida de carga propia que es más grande que la de la línea de aire paralela, cuando la válvula mariposa está abierta. En el ejemplo de la figura 1, la segunda derivación desemboca por debajo del refrigerador del aire de admisión; dicho de otra forma, la entrada de la segunda derivación se encuentra entre el refrigerador de aire de admisión 18 y la válvula mariposa, mientras que la salida de la segunda derivación se encuentra entre la válvula mariposa 20 y el distribuidor 6.

La figura 2 muestra un gráfico de carga del motor; en el eje de las abcisas aparece el número de revoluciones por minuto del motor. En el eje de las ordenadas aparece el par proporcionado por el motor. En el gráfico está representada la curva 40 de carga plena sobrealimentada, que corresponde al funcionamiento del motor cuando el primer turbocompresor está en funcionamiento, después del aumento de carga. El gráfico muestra también la curva 42 de carga plena atmosférica, que corresponde a la carga máxima del motor sin el turbocompresor. Por último, la figura muestra tres zonas de funcionamiento del motor con las referencias 44, 46 y 48.

La primera zona de funcionamiento 44 corresponde a un funcionamiento del motor de carga débil. En este caso, se utiliza el segundo turbocompresor para recuperar energía sobre el flujo de la línea de aire 4. El primer compresor, como en el caso de un motor turbocomprimido del estado de la técnica, comprime ligeramente el aire de la línea de aire, lo que produce un efecto de elevación de la presión de la línea de aire, discutido más adelante.

La válvula de cortocircuito del compresor secundario está abierta. La válvula mariposa está cerrada o deja pasar un débil flujo de aire residual. En la medida en que la válvula mariposa está cerrada o no deja pasar más que un flujo de aire residual, la chapeleta 36 está abierta. El flujo de aire pasa pues por la segunda derivación y impulsa por rotación la segunda turbina. El motor 28 del segundo turbocompresor funciona como generador y proporciona una potencia que puede ser utilizada para la carga de la batería principal del vehículo. Ello tiene como objeto descargar el alternador y permite compensar las solicitudes de corriente para la alimentación del motor del segundo turbocompresor en la segunda zona de funcionamiento descrita más adelante.

La rotación del segundo compresor no tiene efecto de compresión del aire en la línea de aire 4 en la medida en que la válvula de cortocircuito 32 esté abierta; ello tiene como consecuencia que la potencia absorbida por la rotación del segundo compresor es débil.

Debido al hecho de la expansión del aire que impulsa la segunda turbina, la presión en el distribuidor está por debajo de la presión ambiente y el motor puede ser alimentado con el caudal de aire adaptado a las cargas débiles. En esta primera zona de funcionamiento, el caudal motor puede ser ajustado mediante la apertura del distribuidor de geometría variable de la segunda turbina y/o por la apertura más o menos importante de la válvula mariposa.

En este modo de funcionamiento, la energía recuperable para la segunda turbina crece cuando la relación de expansión aumenta. La relación entre la potencia recuperable a nivel de la segunda turbina y la relación de expansión es la siguiente:

W_{turbina} = d . T . C . \eta . \left(1 - \left(\frac{P_{6}}{P_{16}} \right)^{\tfrac{1-y}{y}}\right)

siendo d el caudal en la línea de aire, T la temperatura en la entrada de la segunda turbina, C la capacidad calorífica del aire, \eta el rendimiento de la turbina, P_{16} la presión de salida del primer compresor 16, P_{6} la presión en el distribuidor y \gamma la relación de calores específica del aire. Esta fórmula muestra que la potencia recuperada en la turbina es una función de la relación de expansión en la segunda turbina.

La energía recuperada por la turbina en este modo de funcionamiento tiene por origen, por una parte, la energía de expansión del aire a presión ambiente en la segunda turbina. Por otra parte, tiene también por origen la recuperación de una parte de la energía de los gases de escape que producen, gracias al compresor principal, una elevación de la presión en la línea de aire. La presencia del segundo turbocompresor asistido eléctricamente permite pues una recuperación de energía en el momento de la expansión de aire en la admisión y en el momento de la expansión en el escape. Así pues, la invención permite, en este primer modo de funcionamiento, recuperar una parte de la energía de expansión de los gases de escape, incluso cuando no es necesario comprimir el aire de
admisión.

Además, el impulso de la segunda turbina en esta primera zona de funcionamiento tiene también la ventaja de mantener en rotación el conjunto rotatorio del segundo turbocompresor; tal rapidez es favorable, pues limita la energía necesaria para acelerar el conjunto rotatorio del segundo turbocompresor durante el aumento de régimen de la segunda zona de funcionamiento descrita más adelante. En términos de energía cinética, la energía cinética resultante de la pre-rotación -proporcionada por los gases de escape- no tendrá que ser gastada para iniciar la rotación del conjunto rotatorio. Ello limita el pico de corriente presente en los impulsores del estado de la técnica, al principio de la aceleración.

La segunda zona de funcionamiento 46 de la figura 2 corresponde al aumento de potencia del motor cuando el conductor pisa el acelerador. En este caso, en el estado de la técnica se produce el problema de demora en el suministro del par, debido a la aceleración progresiva del primer turbocompresor. Para paliar este problema, en el ejemplo de la figura 1, el segundo compresor asistido eléctricamente es impulsado por el motor, de manera que asegura la compresión del aire en la línea de aire. En esta zona de funcionamiento, la válvula de cortocircuito 32 del segundo compresor 36 está cerrada. Así, la rotación del segundo compresor bajo el efecto del motor contribuye al aumento de presión en el distribuidor, como complemento del aumento de presión de hecho del primer compresor.

Como al pisar el acelerador se abre la válvula mariposa, la chapeleta 36 de la segunda turbina se cierra, siendo su pérdida de carga superior a la de la línea de aire principal cuando la válvula mariposa se abre. La segunda turbina está en cortocircuito y por ello el par resistivo de la segunda turbina es débil, siendo el caudal nulo. Se evita de esta forma aumentar el consumo eléctrico del segundo turbocompresor en este modo de funcionamiento.

Cuando el primer turbocompresor aumenta de carga, se acerca a su consigna de funcionamiento y es capaz de asegurar la sobrealimentación del motor. Entonces, la compresión asegurada por el segundo turbocompresor disminuye, controlando la alimentación del motor 28. La alimentación eléctrica del segundo turbocompresor se para cuando la velocidad de rotación del primer turbocompresor es suficiente para asegurar la sobrealimentación. La válvula de cortocircuito 32 del segundo compresor se abre entonces y se pasa a la tercera zona de funcionamiento 48 representada en la figura 2.

El paso de la primera zona de funcionamiento a la segunda zona de funcionamiento puede ser sencillamente el resultado de una detección de la apertura de la válvula mariposa o de la detección de una acción sobre el pedal de aceleración. La representación de la figura 2 es esquemática y el gráfico podría estar simplificado para que estas dos zonas estén diferenciadas.

En la tercera zona de funcionamiento 48 de la figura 2, la válvula de cortocircuito del segundo compresor está abierta, de manera que el aire pasa por la línea de aire y no por el segundo compresor. Como la válvula mariposa está abierta, la chapeleta de derivación de la segunda turbina está cerrada. La turbina y el compresor del turbocompresor asistido eléctricamente están pues en cortocircuito y el motor funciona como un motor sobrealimentado clásico.

En el ejemplo de la figura 1, es posible además recuperar todavía una parte de la energía de expansión de los gases de escape debido a la posición de la segunda turbina por debajo de la primera turbina sobre la línea de aire 4. En efecto, para fuertes cargas del motor, en un motor sobrealimentado del estado de la técnica, la válvula de escape está abierta; ello evita la compresión demasiado importante del aire en la línea de aire que podría tener lugar si el conjunto del caudal de escape atravesara la turbina del primer turbocompresor.

Para tales cargas, es posible en el ejemplo de la figura 1 cerrar la válvula de escape. Ello tiene como objeto aumentar la velocidad de rotación del primer turbocompresor, más allá de la velocidad necesaria para asegurar la compresión del aire en la línea de aire. Para mantener la presión de aire apropiada en el distribuidor, se cierra entonces la válvula mariposa. Igual que en la primera zona de funcionamiento, el aire es entonces expandido en la segunda turbina, cuya chapeleta se abre; el motor de la segunda turbina se impulsa y funciona como generador; en la medida en que la válvula de cortocircuito del segundo compresor está abierta, la rotación del segundo compresor no consume la energía del segundo turbocompresor y no provoca compresión suplementaria. Se puede adaptar la expansión inducida por la segunda turbina cerrando más o menos la válvula mariposa.

Esta solución permite así recuperar incluso una parte de la energía de los gases de escape con fuertes cargas del motor. Además, esta solución permite enfriar el aire de admisión en dos etapas: el aire es primero enfriado en el refrigerador de aire de admisión 18 -que esta por debajo de la segunda derivación- luego, es enfriado por expansión en la segunda turbina. Se garantiza de esta forma una temperatura de aire más baja aún que la que se habría obtenido enfriando únicamente el aire de admisión; esta disminución de la temperatura de aire de admisión favorece la combustión del motor y disminuye pues el consumo de este último para un par dado.

La presencia del segundo turbocompresor asistido eléctricamente permite así, con cargas débiles, recuperar una parte de la energía de los gases de escape; cuando aumenta la potencia, el segundo turbocompresor evita la demora entre la demanda de aceleración y el aumento del par. Por último, con fuertes cargas, el segundo compresor, o bien es transparente en cuanto al funcionamiento del motor, o bien permite recuperar una parte de la energía de los gases de escape con una disminución del consumo del motor.

La figura 3 muestra una representación esquemática, análoga a la de la figura 1, de otro ejemplo de implantación del segundo turbocompresor asistido eléctricamente. A diferencia del ejemplo de la figura 1, la válvula de cortocircuito y la derivación que contiene el compresor secundario están montadas sobre la línea de aire por encima del primer compresor. Esta solución presenta la ventaja de poder mejorar no sólo la modularidad de la implantación sino también de garantizar que el compresor secundario está en contacto con el aire frío para mejorar la refrigeración del conjunto. Desde el punto de vista de la compresión del aire en la segunda zona de funcionamiento -montada en par-, el orden de los dos compresores tiene poca influencia sobre el rendimiento global del sistema. La posición relativa de los dos compresores no tiene pues una influencia preponderante sobre el consumo en potencia eléctrica o sobre el tiempo de respuesta en el aumento de carga. En los otros modos de funcionamiento del motor, la válvula de cortocircuito del segundo compresor está en posición abierta y la posición del segundo compresor es pues indife-
rente.

La figura 4 muestra una representación esquemática, análoga a la de la figura 1, de otro ejemplo de implementación del segundo turbocompresor asistido eléctricamente. A diferencia del ejemplo de la figura 1, la derivación que contiene la segunda turbina y su chapeleta está montada sobre la línea de aire en paralelo al refrigerador de aire de admisión; dicho de otro modo, la entrada de la derivación de la segunda turbina 24 está por encima del refrigerador de aire de admisión. Esta solución permite recuperar más energía a nivel de la turbina secundaria ya que el aire no está enfriado por el RAS. En efecto, sabemos, según la fórmula de la turbina, que la potencia proporcionada es directamente proporcional a la temperatura del aire por encima de esta última. Funcionalmente, el ejemplo de la figura 4 es equivalente al de la figura 1, salvo en el aspecto de la refrigeración del aire de admisión; de hecho, cuando la válvula mariposa está cerrada y el aire pasa por la segunda turbina, no atraviesa el refrigerador del aire de admisión. Ello limita la eficacia de la refrigeración en la primera y tercera zona de funcionamiento, si se cierra la válvula de escape para recuperar una parte de la energía de los gases de escape. La pérdida de carga generada en el refrigerador del aire de admisión es mínima para caudales débiles de aire y no es pues molesto que esté montado en serie con la segunda turbina, como en el ejemplo de la figura 1.

Si la expansión en la segunda turbina es suficiente para enfriar el aire de admisión, la ausencia de paso en el refrigerador de aire de admisión no es un impedimento. No obstante, esta implantación tiene el defecto de no poder enfriar de nuevo el aire de admisión en el tercer modo de funcionamiento como las configuraciones 1 y 3 ya que no hay más posibilidad de expandir el aire y así enfriarlo a través de la turbina secundaria con el refrigerador de aire secundario.

La figura 5 muestra un representación esquemática, análoga a la de la figura 1, de otro ejemplo de implementación del segundo turbocompresor asistido eléctricamente. En el ejemplo de la figura 5, el segundo compresor está montado como en la figura 3, mientras que la segunda turbina está montada como en la figura 4. Las ventajas y los defectos del ejemplo de la figura 5 se deducen pues de la confrontación de los ejemplos de las figuras 3 y 4 indicados anteriormente.

En todos los ejemplos, el primer y segundo compresor 16 y 22 se encuentran sobre la línea de aire 4 por encima del refrigerador de aire de admisión sobre la línea de aire 4. Esta configuración es ventajosa desde el punto de vista del rendimiento motor, en la medida en que evita un calentamiento del aire por compresión con el refrigerador. En todos los ejemplos, la derivación de la turbina 24 del segundo turbocompresor 22 está después del compresor 16 del primer turbocompresor 12; esta implantación permite recuperar la energía de los gases de escape, como se ha explicado con anterioridad en referencia a la primera y tercera zonas de funcionamiento del motor. De todos modos, se podría disponer la turbina 24 del segundo turbocompresor 22 antes del compresor 16 del primer turbocompresor 12; esta configuración permitiría también aportar una solución al problema de la demora en el aumento del régimen del motor; sin embargo, no se podría ya recuperar la energía de los gases de escape.

En todos los ejemplos descritos en referencia a las figuras, la energía recuperada de los gases de escape puede ser utilizada para descargar el alternador y/o para compensar la energía absorbida por el segundo turbocompresor en la segunda zona de funcionamiento. La primera solución permite reducir el consumo de un vehículo en un ciclo urbano; en efecto, el motor funciona esencialmente en la primera zona de funcionamiento. El segundo turbocompresor 22 puede entonces asegurar una parte del suministro de electricidad de la red de a bordo en lugar del alternador. Además, si el alternador es reversible, esta energía puede ser recuperada cuando el alternador funcione en modo motor.

La segunda solución permite recuperar parcialmente en el curso de una fase de frenado del motor, la energía eléctrica consumida en el curso de una fase de aumento del par del motor para la alimentación del turbocompresor asistido eléctricamente. En efecto, cuando un motor es utilizado en modo de frenado, funciona con cargas débiles -incluso con carga negativa. El motor funciona en este caso en la primera zona de funcionamiento de la figura 2. La energía recuperable en el curso de este modo de funcionamiento no es desdeñable, en la medida en que la rotación forzada del motor conduce a caudales de aire que se debe expandir relativamente importantes en la línea de admisión.

Se puede unir el motor del segundo turbocompresor a una red eléctrica independiente de la red principal del vehículo. Esta red puede constar de una simple batería, y llegado el caso de otros elementos; esta solución presenta la ventaja de permitir concebir la red principal de alimentación sin integrar las tensiones de la alimentación eléctrica del segundo turbocompresor. Se evita por ejemplo tener que administrar las variaciones de corriente necesarias para la alimentación del segundo turbocompresor. Además, una red independiente permite elegir más libremente la tensión de consigna: una tensión de consigna de 14 V es clásica para la red eléctrica principal de un vehículo. Si la red de alimentación del segundo turbocompresor es independiente, se puede utilizar una tensión de consigna más importante -por ejemplo 24 V, 36 V e incluso 48 V. Una tensión de consigna más importante es más favorable para las dimensiones del motor eléctrico del segundo turbocompresor.

Por supuesto, la invención no se limita a los modos de realización citados con anterioridad. Así, en los modos de realización descritos se utiliza una chapeleta en la segunda derivación. La utilización de tal chapeleta tarada en función de la pérdida de carga en la línea principal paralela a la segunda derivación evita prever una válvula suplementaria; de todos modos, se podría también utilizar una simple válvula, regulada en función de la apertura de la válvula mariposa e incluso independientemente de ésta. Asimismo, se ha descrito una solución en la cual el segundo compresor y la segunda turbina están montados en las derivaciones de la línea de aire; se podría modificar la forma del montaje, por ejemplo, montando la válvula de cortocircuito en una derivación y el segundo compresor en la línea de aire, sin que ello cambie el funcionamiento de los ejemplos descritos anteriormente. Lo mismo ocurre con la segunda turbina y su chapeleta: se podría disponer la válvula mariposa en una derivación y la segunda turbina y su chapeleta en la línea de aire principal.

En el ejemplo descrito, se ha considerado el caso de una turbina del segundo compresor que presenta un distribuidor de geometría variable; un distribuidor de este tipo permite controlar el caudal que pasa por la segunda turbina y regular en consecuencia el caudal de aire que llega al distribuidor. Se puede también controlar el caudal de aire regulando la velocidad de rotación del elemento rotatorio del segundo turbocompresor. Se podría también utilizar una chapeleta o válvula como medio para controlar el caudal, como alternancia o como complemento de las soluciones descritas anteriormente.

Se ha ofrecido antes el ejemplo de una válvula mariposa para controlar la admisión de aire en la línea de aire; se puede también utilizar otros medios de control, designados genéricamente bajo el término "válvula".

Por último, la expansión de los gases a nivel de la segunda turbina viene acompañada por una refrigeración del aire; el aire expandido a la salida de la segunda turbina puede ser utilizado para asegurar la refrigeración de los componentes eléctricos del motor y de la electrónica de potencia.

2

motor

4

línea de aire

6

distribuidor

8

línea de escape

10

primera turbina

12

primer turbocompresor

14

válvula de escape

16

primer compresor

18

refrigerador de aire de admisión

20

válvula mariposa

22

segundo turbocompresor

24

segunda turbina

26

segundo compresor

28

motor eléctrico

30

primera derivación (segundo compresor)

32

válvula de cortocircuito de compresor secundario

34

segunda derivación (segunda turbina)

36

chapeleta (segunda turbina)

40

curva plena carga sobrealimentado

42

curva plena carga atmosférica

44

primera zona de funcionamiento

46

segunda zona de funcionamiento

48

tercera zona de funcionamiento

Claims (14)

1. Un motor sobrealimentado que comprende

-

un motor de combustión interna (2) con una línea de aire (4), una línea de escape (8) y una válvula (20) sobre la línea de aire;

-

un primer turbocompresor (12) con una primera turbina (10) sobre la línea de escape (8) y un primer compresor (16) sobre la línea de aire;

-

un segundo turbocompresor (22) con una segunda turbina (24) sobre la línea de aire en paralelo a la válvula (20), un segundo compresor (26) sobre la línea de aire y un motor eléctrico (28) adaptado para impulsar por rotación la segunda turbina y el segundo compresor.

2. El motor de la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo compresor está montado sobre la línea de aire (4) en paralelo a una segunda válvula (32).

3. El motor de la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende una chapeleta (36) en serie con la segunda turbina (24), estando montado el conjunto de la chapeleta y de la segunda turbina en paralelo a la válvula (20).

4. El motor de la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el primer compresor (16) está sobre la línea de aire (4) entre el segundo compresor (26) y el motor de combustión interna (2).

5. El motor de la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el segundo compresor (26) está sobre la línea de aire (4) entre el primer compresor (16) y el motor de combustión interna (2).

6. El motor de una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque presenta un refrigerador de aire de admisión (18) montado sobre la línea de aire por encima de la derivación de la segunda turbina (24).

7. El motor de una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque presenta un refrigerador de aire de admisión (18) montado sobre la línea de aire en paralelo a la segunda turbina (24).

8. Un vehículo automóvil que comprende un motor según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. El vehículo de la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un circuito eléctrico principal unido a un motor eléctrico (28).

10. El vehículo de la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un circuito eléctrico principal y un segundo circuito eléctrico unido al motor eléctrico (28) y que comprende al menos una batería.

11. Un procedimiento de explotación de un motor sobrealimentado según una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende la etapa de impulso por rotación de la primera turbina (10) por los gases de escape y de impulso por rotación de la segunda turbina (24) por el aire comprimido por el primer compresor (16), no estando el motor eléctrico (28) alimentado.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de impulso por rotación comprende también la apertura de la segunda válvula.

13. El procedimiento de la reivindicación 11 ó 12, caracterizado por una etapa de alimentación del motor eléctrico (28).

14. El procedimiento de la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa de alimentación comprende el cierre de la chapeleta (36).