ES2618574T3

ES2618574T3 - Dispositivo de control de carga y procedimiento para el control de carga de un motor

Info

Publication number: ES2618574T3
Application number: ES10773605.0T
Authority: ES
Inventors: Rüdiger HERDIN
Original assignee: 2G ENERGIETECHNIK GmbH
Current assignee: 2G ENERGIETECHNIK GmbH
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: EP2488732B1; EP2488732A2; WO2011045400A2; DE102009049394A1; WO2011045400A3; PL2488732T3; US20120204570A1

Abstract

Dispositivo de control de carga (200) para un motor (150) que comprende un compresor (120) para la compresión de aire o de una mezcla de aire/combustible en un tubo de succión del motor (150); un conducto de gas de escape (155) para evacuar un caudal másico de gas de escape del motor (150); una turbina (160) que se acciona a través de un caudal másico de gas de escape aportado por el conducto de gas de escape (155) y que acciona el compresor (120); un conducto de derivación (170, 170a) que se desvía del conducto de gas de escape (155) más arriba de la turbina (160), disponiéndose una primera válvula (190, 190a, 400, 600), a fin de servir para la regulación y/o el control del caudal másico de gas de escape en el conducto de derivación (170, 170a); un dispositivo de refrigeración (180, 180a) dispuesto más arriba de la primera válvula (190, 190a, 400, 600) para la refrigeración del caudal másico de gas de escape y una segunda válvula (140), especialmente una válvula mariposa, que se dispone en la parte inferior después del compresor (120) y antes del motor (150), controlando y/o regulando la segunda válvula (140) el aire o la mezcla de aire/combustible aportado/a al motor (150), caracterizado por que el dispositivo de refrigeración (180, 180a) se dispone entre la desviación del conducto de derivación (170, 170a) del conducto de gas de escape (155) y de la primera válvula (190, 190a, 400, 600), comprendiendo además el dispositivo de control de carga (200): un dispositivo de regulación y/o de control (210) para el control y/o la regulación de la primera válvula (190, 190a, 400, 600) y también de la segunda válvula (140), y diseñándose el dispositivo de regulación y/o de control (210) para llevar a cabo el control y/o la regulación de la primera válvula (190, 190a, 400, 600) y de la segunda válvula (140) en dependencia la una de la otra.

Description

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Según formas de realización de la presente invención, el caudal másico parcial de gas de escape a desviar es regulado por una primera válvula en el conducto de derivación. El caudal másico parcial de gas de escape desviado se refrigera antes de que alcance la primera válvula. Esto puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante un dispositivo de refrigeración como el que se representa en las figuras 3a a 3c.

De acuerdo con una forma de realización, la regulación se realiza por medio de un dispositivo de regulación y/o de control que, como se muestra en la figura 2, puede unirse a diversos componentes del dispositivo de control de carga, a fin de comunicarse con éste, influir en el mismo y/o definir parámetros determinados como diferencias de presión y números de revoluciones.

Las formas de realización del dispositivo de regulación y/o de control también pueden utilizarse para regular determinados componentes del dispositivo de control de carga en combinación y/o en dependencia unos de otros, a fin de poder regular de forma óptima los componentes que influyen los unos en los otros.

El dispositivo de regulación y/o de control también puede concebirse para influir en la primera válvula sólo en un momento determinado, por ejemplo, cuando la válvula mariposa ya se encuentre totalmente abierta. Antes del encaje del dispositivo de regulación y/o de control, la primera válvula puede funcionar, por ejemplo, en un modo de proceso de ajuste como el que ya se ha descrito arriba más detalladamente.

Se ha demostrado que la presente invención también se puede utilizar para evitar el bombeo del compresor (rebasamiento del límite de succión) en condiciones externas frías en todo el margen de carga o en caso de descarga.

La presente invención puede utilizarse de manera que el control de carga en el funcionamiento de carga elevada estacionario ya no se lleve a cabo por medio de la válvula mariposa, sino por medio de la primera válvula (Waste Gate). Así, un motor de carburador puede funcionar, por ejemplo, mediante esta invención sin estrangulación y, por consiguiente, con el máximo rendimiento posible.

Adicionalmente puede ser posible una regulación adaptada a las necesidades y con un rendimiento optimizado gracias al dispositivo de control de carga y al procedimiento para el control de carga según la presente invención y a los efectos obtenidos como la refrigeración del caudal másico parcial del gas de escape en el conducto de derivación. Mediante la invención arriba descrita se consiguió, por ejemplo, un aumento del rendimiento del motor de imagen9

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La figura 5 muestra otra forma de realización de un dispositivo de refrigeración 180a con una Wastegate o primera válvula 190a. El dispositivo de refrigeración 180a funciona en forma de un intercambiador de calor. El gas de escape se guía en un conductor de derivación cilíndrico 170a que presenta una primera sección rectilínea 172a, que se dispone más arriba de la Wastegate 190a, y una segunda sección 174a situada más abajo de la Wastegate 190a. En otras formas de realización, el conducto de derivación también puede presentar secciones transversales de conducto no cilíndricas. El dispositivo de refrigeración 180a presenta además un conducto de agua 182a que sirve para la refrigeración del gas de escape que fluye a través del conducto de derivación 170a. Una sección de refrigeración rectilínea 184a del conducto de agua es fundamentalmente cilíndrica y rodea concéntricamente a la primera sección 172a del conducto de derivación 170a. La sección de refrigeración rectilínea puede presentar una zona de compensación 185a, a fin de compensar una dilatación térmica de la sección de refrigeración 184a. La sección de refrigeración 184a también puede presentar otras formas de sección transversal. La sección de refrigeración 184a presenta por su extremo orientado hacia la Wastegate un desagüe de agua de refrigeración 186a a través del cual sale el agua calentada por medio del gas de escape, y por su extremo opuesto a la Wastegate una entrada de agua de refrigeración 187a a través de la cual se aporta el agua de refrigeración. En una forma de realización típica, la sección de refrigeración tiene una longitud de 10 mm a 4000 mm, especialmente de 20 mm a 2000 mm. La longitud de la sección de refrigeración se adapta, a fin de garantizar una refrigeración suficiente del gas de escape antes de la Wastegate 190a para que la Wastegate 190a pueda funcionar a temperaturas relativamente bajas. La entrada de agua de refrigeración 187a y el desagüe de agua de refrigeración 186a pueden presentar respectivamente una válvula de cierre 188a. En otras formas de realización, la entrada de agua de refrigeración puede realizarse en el extremo de la sección de refrigeración 184a orientado hacia la Wastegate 190a, y el desagüe de agua de refrigeración puede realizarse en el extremo de la sección de refrigeración 184a opuesto al Wastegate. El dispositivo de refrigeración 180a puede fijarse con elementos de sujeción 189a. En otras formas de realización, en lugar de agua también puede utilizarse otro elemento refrigerante.

Las figuras 6a y 6b muestran una forma de realización de una Wastegate o de una primera válvula 400 en forma de una válvula rotatoria que en el dispositivo de refrigeración mostrado en la figura 5 se puede utilizar como Wastegate 190a. En este caso, la figura 6a muestra una media sección/vista explosionada y la figura 6b una vista en sección de la forma de realización de la válvula según la figura 6a. La Wastegate 400 presenta un cuerpo base 410 y un elemento de ajuste de válvula 420 que presentan un eje longitudinal conjunto X que corresponde al eje de giro del elemento de ajuste de válvula 420. El cuerpo base 410 comprende un alojamiento de válvula cilíndrico 412 con una pared periférica 414. El alojamiento de válvula 412 se une a través de un orificio axial 416 a una primera sección del conducto de derivación, por ejemplo, a la primera sección 172a de la figura 5, y a través de un orificio radial 418 en la pared periférica 414 a una segunda sección del conducto de derivación, por ejemplo, a la segunda sección 174a de la figura 5. Por lo tanto, el gas de escape puede entrar en el alojamiento de válvula 412 a través del orificio axial

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416 que es especialmente circular. En la forma de realización mostrada en las figuras 6a y 6b, el orificio radial 418 es fundamentalmente rectangular.

El elemento de ajuste de válvula 420 presenta una barra de accionamiento 422 que se une a un accionamiento de giro no mostrado, y un cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 que se conforma a modo de tubo. El radio exterior del cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 corresponde fundamentalmente al radio de la pared periférica 414, de manera que el cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 se pueda mover o girar de forma deslizante en el alojamiento de válvula 412. El cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 también presenta un orificio axial 426 y un orificio radial 428. El gas de escape fluye al interior del cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 a través del orificio axial 426.

Los orificios axiales 418, 428 del cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 y del cuerpo base 410 se conforman de manera que un giro del elemento de ajuste de válvula 420 alrededor del eje de giro relativamente respecto al cuerpo base 410 provoque una variación de la parte solapante de los orificios axiales 418, 428. De este modo se modifica la sección transversal de abertura o la superficie de abertura de la Wastegate 400.

A fin de permitir una regulación especialmente precisa, el orificio axial del cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 no presenta un orificio rectangular, sino un orificio triangular en el que dos cantos corresponden a los cantos del orificio radial 418 fundamentalmente rectangular del cuerpo base 410. En la forma de realización mostrada en las figuras 6a y 6b, el orificio radial 428 del cilindro de elemento de ajuste de válvula 424 presenta una forma básica pentagonal, correspondiendo dos cantos a los cantos del orificio radial 418 fundamentalmente rectangular del cuerpo base 410, y correspondiendo dos cantos a una sección de los otros dos cantos del orificio radial 418 del cuerpo base. No sólo pueden utilizarse las formas aquí descritas, sino que también son posibles otras formas de orificios radiales. Por lo tanto, la corriente de gas de escape se puede regular mediante el giro del elemento de ajuste de válvula 420.

Las figuras 7a y 7b muestran otra forma de realización de una Wastegate 500. La Wastegate presenta un cuerpo base 510, un elemento de ajuste de válvula 520, que puede moverse en dirección axial X, y una palanca de válvula 540 para el movimiento del elemento de ajuste de válvula 520 entre una primera posición extrema y una segunda posición extrema. El cuerpo base 510 presenta alrededor de una abertura de válvula axial 512 un asiento de válvula 514 que puede actuar junto con un talón 522 del elemento de ajuste de válvula 520, a fin de impedir un flujo del gas de escape a través de la Wastegate cuando el elemento de ajuste de válvula 520 se encuentre en una de las dos posiciones extremas.

El asiento de válvula 514 se dispone en un plano radial. El cuerpo base 510 presenta adicionalmente un orificio radial 516 a través del cual el gas que entra en un alojamiento de válvula 518 puede volver a salir. El elemento de ajuste de válvula 520 se dispone de forma móvil en el alojamiento de válvula 518.

El elemento de válvula presenta además un cuerpo de control 524 que sobresale del talón y que durante el funcionamiento penetra en la abertura de válvula axial 512. En este caso, el cuerpo de control 524 puede abandonar por completo el orificio de válvula 512 en una de las dos posiciones extremas del elemento de ajuste de válvula.

El cuerpo de control 524 comprende dos superficies de control 526 que se desarrollan la una hacia la otra y que presentan un canto común. Los cantos laterales 527 de las superficies de control se unen entre sí respectivamente a través de una sección de cilindro 528. En este caso, el radio de la sección de cilindro 528 puede adaptarse al radio del orificio axial o corresponder fundamentalmente al mismo. En otras formas de realización, el radio de las secciones de cilindro puede ser menor que el radio del orificio axial. El cuerpo de control 524 que sobresale del talón presenta una forma fundamentalmente cónica o piramidal que permite regular con precisión la corriente de gas de escape. En las figuras 7a y 7b, la sección transversal de abertura y, por consiguiente, la corriente de gas de escape se regula por medio de un movimiento lineal del cono de válvula o del cuerpo de control. Frente a la válvula rotatoria mostrada en las figuras 6a y 6b, resulta ventajosa una menor superficie de ajuste que como consecuencia de la sedimentación o de la deformación térmica puede dar lugar al apriete de la válvula. Además, en posición cerrada, la estanqueidad puede garantizarse mejor mediante superficies de obturación situadas unas encima de otras sin juego, por ejemplo, en forma del asiento de válvula 514 y del talón 522.

Las figuras 8a y 8b muestran otra forma de realización de una Wastegate o de una primera válvula 600. La Wastegate presenta un cuerpo base tubular 610 en el que se dispone una válvula mariposa 620 apoyada de forma giratoria que se puede mover por medio de un accionamiento. En este caso, el diámetro interior del cuerpo base tubular 610 aumenta de forma escalonada en dirección de flujo del gas de escape. La válvula mariposa 620 se concibe de manera que en una primera posición de giro pueda cerrar por completo el cuerpo base tubular y en una segunda posición de giro pueda desbloquear prácticamente por completo un flujo de gas a través del cuerpo base tubular. En la Wastegate mostrada en la figura 8, la sección transversal que queda libre y, por lo tanto, la corriente de gas de escape se modifican por medio de un movimiento giratorio. Esta forma de realización resulta idónea y presenta pocos componentes.

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Claims

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