IT202100006575A1 - Supercharging system in the road sector and relative procedure - Google Patents
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Description
Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo: Description of the Industrial Invention entitled:
?SISTEMA DI SOVRALIMENTAZIONE IN AMBITO STRADALE E RELATIVO PROCEDIMENTO? ?ROAD SUPERCHARGING SYSTEM AND RELATED PROCEDURE?
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di sovralimentazione, in particolare un sistema di sovralimentazione in ambito stradale di un apparato di propulsione. The present invention relates to a supercharging system, in particular a system for supercharging a propulsion apparatus in road environments.
Altres?, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento di sovralimentazione di un apparato di propulsione. Also, the present invention refers to a method for supercharging a propulsion apparatus.
E? noto che la sovralimentazione ? una pratica che consente d?incrementare la potenza specifica dei sistemi a propulsione grazie all?incremento della densit? del fluido aspirato, ad esempio dotando i sistemi di propulsione utilizzati in ambito aeronautico di elementi di sovralimentazione in grado di garantire un valore di compressione del fluido aspirato adeguato al variare della quota altimetrica e pertanto alla densit? del fluido atmosferico. AND? known that the supercharging ? a practice that allows d?increase the specific power of propulsion systems thanks to?increase in the density? of the aspirated fluid, for example by equipping the propulsion systems used in the aeronautical field with supercharging elements capable of guaranteeing a compression value of the aspirated fluid adequate to the variation of the altitude and therefore to the density? of the atmospheric fluid.
E? noto che la sovralimentazione pu? essere ottenuta accoppiando all?apparato di propulsione un turbocompressore, che vantaggiosamente utilizza l?energia residua contenuta nel fluido di scarico presente nel condotto di scarico altrimenti dissipata nell?ambiente: il turbocompressore noto comprende una turbina collegata solidamente ad un compressore che provveder? ad aumentare la densit? del fluido d?aspirazione. AND? known that supercharging can? be obtained by coupling the propulsion apparatus to a turbocharger, which advantageously uses the residual energy contained in the exhaust fluid present in the exhaust duct which would otherwise be dissipated in the environment: the known turbocharger comprises a turbine solidly connected to a compressor which will provide? to increase the density? of the suction fluid.
Sono noti svariati sistemi per la sovralimentazione in base al tipo di motore: elettrico o termico; in base al principio di funzionamento del compressore: volumetrico o turbodinamo; e in base alle fonte di energia utilizzata per azionare il compressore. Various supercharging systems are known based on the type of engine: electric or thermal; according to the principle of operation of the compressor: volumetric or turbodynamo; and based on the energy source used to drive the compressor.
I noti turbocompressori non riescono a soddisfare immediatamente una richiesta imprevista di sovralimentazione da parte dell?utente, e devono attendere che il flusso del fluido di scarico raggiunga una portata ed un valore entalpico sufficiente ad accelerare la turbina del turbocompressore. Known turbocompressors are unable to immediately satisfy an unforeseen supercharging request by the user, and must wait for the flow of the exhaust fluid to reach a flow rate and an enthalpy value sufficient to accelerate the turbine of the turbocompressor.
E? evidente come non sia presente allo stato dell?arte un sistema che fornisca una sovralimentazione ad un motore e contemporaneamente permetta di recuperare i gas di scarto del processo di combustione, mediante un dispositivo privo di organi di movimento. AND? it is evident that in the state of the art there is no system which provides a supercharger to an engine and at the same time allows the recovery of waste gases from the combustion process, by means of a device without moving parts.
Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un sistema di sovralimentazione di un apparato di propulsione in grado di incrementare la potenza di un apparato di propulsione e contemporaneamente di riutilizzare l?energia dei fluidi di scarico prodotti dall?apparato di propulsione. Purpose of the present invention? that of solving the aforesaid problems of the prior art by providing a system for supercharging a propulsion apparatus capable of increasing the power of a propulsion apparatus and at the same time of reusing the energy of the exhaust fluids produced by the propulsion apparatus.
Un ulteriore scopo ? quello di fornire un procedimento di sovralimentazione di un apparato di propulsione in grado di ottenere maggiore lavoro utile o comunque una fase di lavoro utile pi? attiva. An additional purpose? to provide a supercharging procedure of a propulsion apparatus capable of obtaining more useful work or in any case a more useful work phase? active.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema ed un procedimento di sovralimentazione come descritti nelle rispettive rivendicazioni indipendenti. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The above and other objects and advantages of the invention, as will appear from the following description, are achieved with a supercharging system and method as described in the respective independent claims. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the object of the dependent claims.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione. It is understood that all the attached claims form an integral part of the present description.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate. will result? it is immediately obvious that innumerable variations and modifications may be made to what has been described (for example relating to shape, dimensions, arrangements and parts with equivalent functions) without departing from the scope of protection of the invention as appears from the attached claims.
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento al disegno allegato, nel quale la Figura 1 mostra una vista in sezione di una realizzazione preferita del sistema secondo la presente invenzione. This invention will come better described by some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawing, in which Figure 1 shows a sectional view of a preferred embodiment of the system according to the present invention.
Facendo riferimento alla Figura, un sistema 100 di sovralimentazione secondo la presente invenzione ? integrato in un apparato di propulsione, quale, ad esempio, un motore termico diesel, o un motore termico a benzina, un motore a due tempi, o a quattro tempi, o altro analogo, ed ? progettato per incrementare la potenza dell?apparato di propulsione e contemporaneamente per riutilizzare l?energia di almeno un fluido di scarico parzialmente compresso, prodotto dall?apparato di propulsione durante un processo di combustione mediante almeno un eiettore 1 del sistema 100, connesso fisicamente ad almeno un cilindro 10 dell?apparato di propulsione; vantaggiosamente, il sistema 100 ? dotato: Referring to the figure, a supercharging system 100 according to the present invention ? integrated in a propulsion apparatus, such as, for example, a diesel heat engine, or a petrol heat engine, a two-stroke or four-stroke engine, or other analogous, and ? designed to increase the power of the propulsion apparatus and at the same time to reuse the energy of at least one partially compressed exhaust fluid, produced by the propulsion apparatus during a combustion process by means of at least one ejector 1 of the system 100, physically connected to at least a cylinder 10 of the propulsion apparatus; advantageously, the system 100 ? gifted:
- dell?eiettore 1 dotato di una prima estremit? connessa con un condotto di scarico secondario 2, di una seconda estremit? connessa con un condotto 3 d?aspirazione dell?aria esterna, e di una terza estremit? connessa con un condotto d?aspirazione 4 di una camera di combustione 7 del cilindro 10 mediante un collettore 17; ed ? progettato per produrre ed immettere all?interno del condotto d?aspirazione 4, mediante il collettore 17, un fluido d?aspirazione miscelato precompresso; - of the ejector 1 equipped with a first end? connected with a secondary exhaust duct 2, of a second end? connected with an external air intake duct 3, and a third end? connected to an intake duct 4 of a combustion chamber 7 of the cylinder 10 by means of a manifold 17; and ? designed to produce and introduce into the intake duct 4, by means of the manifold 17, a pre-compressed mixed intake fluid;
- del condotto di scarico secondario 2, preferibilmente realizzato in acciaio stampato o tubolare di dimensioni ?generose?, ovvero di elevate dimensioni, ossia progettato per smorzare gli impulsi di scarico ad alta pressione, tipici dello scarico di un motore, permettendo all?eiettore di operare in condizioni stazionarie mediante una configurazione a pressione costante, anche se con livelli di pressione inferiori. Con questo sistema si privilegia l?efficienza dell?eiettore a scapito delle pure prestazioni, ed ? ovviamente il sistema che pu? essere adottato in ambito stradale, detto condotto di scarico secondario 2 essendo dotato di una prima estremit? connessa con la prima estremit? dell?eiettore 1, e dotato di una seconda estremit? connessa con la superficie laterale del cilindro 10 in corrispondenza di almeno un?apertura 5, progettato per favorire lo scorrimento del fluido di scarico parzialmente compresso dal cilindro 10 all?eiettore 1; - of the secondary exhaust duct 2, preferably made of pressed or tubular steel of "generous" dimensions, i.e. of large dimensions, i.e. designed to dampen the high-pressure exhaust impulses, typical of an engine exhaust, allowing the ejector to operate under stationary conditions using a constant pressure configuration, albeit with lower pressure levels. With this system, the efficiency of the ejector is favored at the expense of pure performance, and ? obviously the system that can? be adopted in the road environment, said secondary exhaust duct 2 being equipped with a first end? connected with the first extremity? of? ejector 1, and equipped with a second end? connected with the lateral surface of the cylinder 10 in correspondence with at least one opening 5, designed to facilitate the flow of the partially compressed exhaust fluid from the cylinder 10 to the ejector 1;
- del condotto d?aspirazione d?aria esterna 3, preferibilmente realizzato in acciaio stampato o tubolare, disposto sulla superficie superiore dell?eiettore 1, progettato per favorire un?aspirazione da parte dell?eiettore 1 di un fluido d?aspirazione esterno dall?ambiente esterno all?eiettore 1; - of the external air intake duct 3, preferably made of pressed or tubular steel, arranged on the upper surface of the ejector 1, designed to facilitate aspiration by the ejector 1 of an external intake fluid from the environment outside ejector 1;
- del condotto d?aspirazione 4, disposto nella porzione superiore del cilindro 10 e connesso fisicamente alla terza estremit? dell?eiettore 1, mediante il collettore 17, progettato per favorire lo scorrimento del fluido d?aspirazione miscelato precompresso, prodotto dall?eiettore 1, nella camera di combustione 7 del cilindro 10, mediante l?azionamento di una valvola d?aspirazione 6; - of the intake duct 4, arranged in the upper portion of the cylinder 10 and physically connected to the third end? of the ejector 1, by means of the manifold 17, designed to favor the flow of the pre-compressed mixed intake fluid, produced by the ejector 1, in the combustion chamber 7 of the cylinder 10, by actuating an intake valve 6;
- dell?apertura 5, quale, ad esempio una luce, un foro, una feritoia, o altro analogo, disposta sulla superficie laterale del cilindro 10 in corrispondenza della seconda estremit? del condotto di scarico secondario 2, progettata per favorire il deflusso del fluido di scarico parzialmente compresso dal cilindro 10 all?eiettore 1 mediante il condotto di scarico secondario 2; - of the opening 5, such as, for example, a light, a hole, a slot, or the like, arranged on the lateral surface of the cylinder 10 at the second end? of the secondary exhaust duct 2, designed to facilitate the outflow of the partially compressed exhaust fluid from the cylinder 10 to the ejector 1 through the secondary exhaust duct 2;
- della valvola d?aspirazione 6, disposta nella parte superiore del cilindro 10, azionata da un albero a camme (non raffigurato) progettata per scorrere all?interno del cilindro 10 favorendo il deflusso del fluido d?aspirazione miscelato precompresso dal condotto d?aspirazione 4 alla camera di combustione 7 del cilindro 10; - of the intake valve 6, arranged in the upper part of the cylinder 10, operated by a camshaft (not shown) designed to slide inside the cylinder 10, favoring the outflow of the pre-compressed mixed intake fluid from the intake duct 4 to the combustion chamber 7 of the cylinder 10;
- della camera di combustione 7, disposta all?interno del cilindro 10, progettata per favorire la combustione tra un combustibile iniettato da un iniettore 8 e il fluido d?aspirazione miscelato precompresso proveniente dal condotto d?aspirazione - di uno stantuffo 9, ad esempio un pistone, disposto all?interno del cilindro 10, collegato tramite uno stelo 11 ed una manovella 12 ad un albero motore 16, progettato sia per trasferire all?albero motore 16, tramite lo stelo 11 e la manovella 12, una forza meccanica generata dalla combustione tra il/un combustibile ed il fluido d?aspirazione miscelato, sia per indurre un?apertura e/o una chiusura della finestra 5 durante una movimentazione rettilinea dello stantuffo 9 lungo un asse direzionale in entrambe le direzioni, regolando il deflusso del fluido di scarico parzialmente compresso nel condotto di scarico secondario 2 mediante la finestra 5; - of the combustion chamber 7, arranged inside the cylinder 10, designed to facilitate combustion between a fuel injected by an injector 8 and the pre-compressed mixed intake fluid coming from the intake duct - of a piston 9, for example a piston, arranged inside the cylinder 10, connected via a rod 11 and a crank 12 to a driving shaft 16, designed both to transfer to the driving shaft 16, through the rod 11 and the crank 12, a mechanical force generated by combustion between the fuel/a fuel and the mixed suction fluid, both to induce an opening and/or closing of the window 5 during a rectilinear movement of the piston 9 along a directional axis in both directions, regulating the outflow of the partially compressed exhaust in the secondary exhaust duct 2 through the window 5;
- del cilindro 10, dotato: - of cylinder 10, equipped with:
o del condotto di aspirazione 4 e della valvola d?aspirazione 6 disposti nella porzione superiore del cilindro 10; or of the intake duct 4 and of the intake valve 6 arranged in the upper portion of the cylinder 10;
o dell?iniettore 8 disposto nella porzione superiore centrale del cilindro 10; or of the injector 8 arranged in the central upper portion of the cylinder 10;
o di un condotto di scarico primario 15, disposto nella porzione superiore destra del cilindro 10, progettato per favorire lo scorrimento di un fluido di scarico completamente compresso, ottenuto in seguito alla combustione del combustibile e del fluido d?aspirazione miscelato, dalla camera di combustione 7 verso elementi noti di scarico, mediante una valvola di scarico 14 disposta nella porzione superiore destra del cilindro 10, azionata da un albero a camme (non raffigurato); e or of a primary exhaust duct 15, arranged in the upper right portion of the cylinder 10, designed to facilitate the flow of a completely compressed exhaust fluid, obtained following the combustion of the fuel and the mixed intake fluid, from the combustion chamber 7 towards known exhaust elements, by means of an exhaust valve 14 arranged in the upper right portion of the cylinder 10, operated by a camshaft (not shown); And
o della finestra 5 disposta sulla superficie laterale del cilindro 10. or of the window 5 arranged on the lateral surface of the cylinder 10.
In particolare, l?eiettore 1 ? progettato per ottenere il fluido d?aspirazione miscelato precompresso mediante una miscelazione al suo interno tra: In particular, the ejector 1 ? designed to obtain the pre-compressed mixed suction fluid by mixing it inside between:
- il fluido di scarico parzialmente compresso introdotto nell?eiettore 1 mediante il condotto di scarico secondario 2, prodotto durante una compressione parziale del fluido d?aspirazione miscelato e del combustibile all?interno della camera di combustione 7 del cilindro 10, e indotto ad attraversare la finestra 5 mediante la movimentazione dello stantuffo 9; ed - the partially compressed exhaust fluid introduced into the ejector 1 via the secondary exhaust duct 2, produced during a partial compression of the mixed intake fluid and fuel inside the combustion chamber 7 of the cylinder 10, and induced to cross the window 5 by moving the piston 9; and
- il fluido d?aspirazione esterno introdotto nell?eiettore 1 mediante un condotto d?aspirazione d?aria esterna 3. - the external intake fluid introduced into the ejector 1 via an external air intake duct 3.
Il fluido d?aspirazione miscelato precompresso cos? ottenuto ? in grado di fluire nel condotto d?aspirazione 4 mediante il collettore 17, e di favorire la movimentazione verticale verso l?alto dello stantuffo 9. The pre-compressed mixed suction fluid so? obtained ? capable of flowing into the intake duct 4 through the manifold 17, and of facilitating the upward vertical movement of the piston 9.
In particolare, lo stantuffo 9 ? progettato per effettuare una movimentazione verticale verso l?alto assumendo in sequenza: In particular, the plunger 9 ? designed to perform an upward vertical movement assuming in sequence:
- una posizione iniziale (punto morto inferiore), favorendo una completa apertura della finestra 5; - una posizione intermedia durante la fase di compressione parziale del fluido d?aspirazione miscelato e del combustibile, occludendo parzialmente la finestra 5 e favorendo il deflusso del fluido di scarico parzialmente compresso nel condotto di scarico secondario 2; ed - an initial position (bottom dead center), favoring a complete opening of the window 5; - an intermediate position during the partial compression phase of the mixed intake fluid and fuel, partially occluding the window 5 and favoring the outflow of the partially compressed exhaust fluid into the secondary exhaust duct 2; and
- una posizione finale (punto morto superiore) durante una fase di compressione completa del fluido d?aspirazione miscelato e del combustibile occludendo completamente la finestra 5. - a final position (top dead center) during a complete compression phase of the mixed intake fluid and fuel by completely occluding window 5.
Infine, il procedimento di sovralimentazione di un apparato di propulsione mediante il sistema di sovralimentazione 100 secondo la presente invenzione, comprende le fasi di: Finally, the method of supercharging a propulsion apparatus by means of the supercharging system 100 according to the present invention comprises the steps of:
a) predisposizione del sistema 100, e attivazione dell?eiettore 1; a) setting up the system 100, and activating the ejector 1;
b) miscelazione mediante l?eiettore 1 tra il fluido di scarico parzialmente compresso e il fluido d?aspirazione esterno fino all?ottenimento di un fluido d?aspirazione miscelato precompresso progettato per favorire la movimentazione verticale verso l?alto dello stantuffo 9; b) mixing by means of the ejector 1 between the partially compressed discharge fluid and the external suction fluid until a pre-compressed mixed suction fluid is obtained, designed to facilitate the upward vertical movement of the piston 9;
c) deflusso del fluido d?aspirazione miscelato precompresso, dal condotto d?aspirazione 4 all?interno della camera di combustione 7 mediante la valvola d?aspirazione 6; c) outflow of the pre-compressed mixed intake fluid from the intake duct 4 into the combustion chamber 7 via the intake valve 6;
d) iniezione del combustibile mediante almeno un iniettore (non raffigurato) nella camera di combustione 7, preferibilmente per motori diesel; e) compressione parziale del combustibile e del fluido d?aspirazione miscelato nella camera di combustione 7 mediante una prima movimentazione verticale verso l?alto dello stantuffo 9 ed una parziale chiusura della finestra 5; d) fuel injection by at least one injector (not shown) in the combustion chamber 7, preferably for diesel engines; e) partial compression of the fuel and of the mixed intake fluid in the combustion chamber 7 by means of a first upward vertical movement of the piston 9 and a partial closure of the window 5;
f) deflusso del fluido di scarico parzialmente compresso mediante la finestra 5 parzialmente occlusa dallo stantuffo 9 durante la fase di compressione parziale; f) outflow of the partially compressed discharge fluid through the window 5 partially closed by the piston 9 during the partial compression phase;
g) seconda movimentazione verticale verso l?alto dello stantuffo 9, compressione totale del combustibile e del fluido d?aspirazione miscelato nella camera di combustione 7, completa chiusura della finestra 5, attivazione processo di combustione; g) second upward vertical movement of the piston 9, total compression of the fuel and of the suction fluid mixed in the combustion chamber 7, complete closure of the window 5, activation of the combustion process;
h) attivazione della valvola di scarico 14 ed espulsione completa del fluido di scarico completamente compresso nel condotto di scarico primario 15; e contemporaneamente h) activation of the discharge valve 14 and complete expulsion of the completely compressed discharge fluid in the primary discharge conduit 15; and simultaneously
i) recupero e immissione del fluido di scarico parzialmente compresso parzialmente compresso nell?eiettore 1 mediante il condotto di scarico secondario 2 e ripetizione delle fasi da b) ad h). i) recovery and introduction of the partially compressed discharge fluid into the ejector 1 through the secondary discharge duct 2 and repetition of steps b) to h).
Una seconda realizzazione del procedimento di sovralimentazione prevede le seguenti fasi: A second embodiment of the supercharging process involves the following steps:
a) predisposizione del sistema 100, e attivazione dell?eiettore 1; a) setting up the system 100, and activating the ejector 1;
b) miscelazione mediante l?eiettore 1 tra il fluido di scarico parzialmente compresso e il fluido d?aspirazione esterno fino all?ottenimento del fluido d?aspirazione miscelato precompresso; b) mixing by means of the ejector 1 between the partially compressed exhaust fluid and the external intake fluid until the pre-compressed mixed intake fluid is obtained;
j) iniezione del combustibile mediante almeno un iniettore (non raffigurato) nel condotto d?aspirazione 4 e miscelazione nel condotto d?aspirazione 4 del combustibile con il fluido d?aspirazione miscelato precompresso, preferibilmente per motori a benzina; j) injection of the fuel by at least one injector (not shown) into the intake duct 4 and mixing in the intake duct 4 of the fuel with the pre-compressed mixed intake fluid, preferably for petrol engines;
k) ingresso all?interno della camera di combustione 7 del combustile miscelato con il fluido d?aspirazione miscelato precompresso, favorendo la movimentazione verticale verso l?alto dello stantuffo 9; k) entry into the combustion chamber 7 of the fuel mixed with the pre-compressed mixed suction fluid, favoring the vertical upward movement of the piston 9;
l) recupero e immissione del fluido di scarico parzialmente compresso nell?eiettore 1 mediante il condotto di scarico secondario 2 e ripetizione delle fasi precedenti. l) recovery and introduction of the partially compressed discharge fluid into the ejector 1 through the secondary discharge duct 2 and repetition of the previous phases.
In una seconda realizzazione, il sistema 100 di sovralimentazione comprende inoltre un dispositivo di raffreddamento progettato per indurre un raffreddamento dell?aria esterna aspirata all?interno dell?eiettore 1 mediante il condotto d?aspirazione d?aria esterna 3; ed un compressore disposto superiormente al dispositivo di raffreddamento, favorendo un aumento di rendimento dell?apparato di propulsione. In a second embodiment, the supercharging system 100 further comprises a cooling device designed to induce cooling of the external air drawn into the ejector 1 by means of the external air intake duct 3; and a compressor arranged above the cooling device, favoring an increase in efficiency of the propulsion apparatus.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate. Some preferred embodiments of the invention have been described, but naturally they are susceptible to further modifications and variations within the scope of the same inventive idea. In particular, numerous variants and modifications, functionally equivalent to the previous ones, which fall within the scope of protection of the invention as highlighted in the attached claims, will be immediately evident to those skilled in the art.
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- 2021-03-19 IT IT102021000006575A patent/IT202100006575A1/en unknown
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