IT8224007A1

IT8224007A1 - Impianto di sovralimentazione per un motore a c.i.

Info

Publication number: IT8224007A1
Application number: ITMI1982A024007A
Authority: IT
Original assignee: Alfa Romeo Auto Spa
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1982-10-29
Publication date: 1984-04-29
Also published as: IT8224007A0; FR2535392A1; DE3338330A1; GB2129055A; GB8328424D0; IT1153323B

Description

Ing.Barzan? & Zanardo

D E S C R I Z I O N E

dell'invenzione industriale dal titolo:

"Impianto di sovralimentazione:per un motore a c.i?" a nome: ALPA ROMEO AUTO S.p.A.

di nazionalit?: italiana

con sede in: NAPOLI

LfR?500?> inventore designato: Filippo SURACE

depositata il: 29 OTT. 1982

M ?<Q>7A/82

RIASSUNTO

Il ritrovato riguarda un impianto di sovralimentazione per un motore a c.i?, in cui l'aria compressa viene raffreddata con il successivo passaggio attraverso tino scambiatore di calore e una turbina di espansione, e in cui il lavoro ricavabile all'asse del la turbina viene sfruttato per una compressione supplementare dell'aria.

DESCRIZIONE

Uno dei metodi pi? comunemente adottati per incrementare la potenza erogata da un motore a c.i?,

? rappresentato dalla sovralimentazione, realizzata

con compressori volumetrici o centrifughi.

L'efficacia della sovralimentazione dipende dall'aumento di densit? che l'aria subisce per effetto della compressione ed ? tanto pi? elevata quanto mag? - 2 - Ing.Barzan? & Zanardo

giore ? la densit??

L'aumento di densit? ? per? accompagnato da un discreto aumento di temperatura, che nei motori ad accensione comandata, comporta il pericolo di deto LIR?500 nazione? Per evitarla si richiede allora una ridtizione del rapporto volumetrico di compressione, con la conseguenza di un aumento dei consumi di combustibi-/le ai bassi carichi del motore?

Di qui la necessit? di provvedere ad un raffreddam~ento dell'aria prima dell'introduzione nei cilindri?

Nella maggior parte dei casi il raffreddamento dell'aria, prima dell'ingresso nei cilindri, viene effettuato con scambiatori di calore del tipo aria-a

ria o aria-acqua, ma si tratta di soluzioni di efficacia limitata, poich? non consentono raffreddamenti . molto spinti dell'aria di sovralimentazione, essendo

la stessa temperatura del fluido refrigerante tutt'al

pi? uguale, e non inferiore, alla temperatura ambien

te.

Inoltre queste soluzioni comportano ingombri

tanto maggiori quanto pi? elevata ?-la capacit? refrigerante dello scambiatore, essendo la trasmissione di calore crescente con le superfici di scambio

termico, per un dato salto di temperatura? Per supe

- 3 ? Ing.Barzan? & Zanardo rare le limitazioni di queste soluzioni, senza ricor rere a costruzioni molto complesse , si ? allora pen

sato di realizzare un impianto di sovralimentazione

lAf!CA per un motore a c.i?, in cui l'aria compressa viene raffreddata in una certa misura in uno scambiatore

spb di calore e viene poi sottoposta ad una espansione parziale, sostanzialmente adiabatica, in una turbi?

/na, dove si raffredda fortemente fino ad una temperatura pari o inferiore a quella ambiente, con una

1

variazione di temperatura che ? funzione del salto

di pressione a cavallo della turbina stessa. Una caratteristica sostanziale del ritrovato ? rappresenta

ta dal fatto che il lavoro ricavabile dalla turbina viene utilizzato per trascinare un compressore supplementare che provvede ad una ulteriore compressione dell'aria, sommando la propria azione a quella del normale compressore, operativamente connesso al<' >motore.

Questo evita di far funzionare in condizioni pi? critiche il compressore operativamente connesso al motore, per ottenere la stessa prevalenza, o di ricorrere a soluzioni costruttivamente complesse, quali sarebbero pi? sta-di di compressione operativamente connessi al motore.

L'impianto di sovralimentazione cos? realizzato

? 4 - Ing.Barzan? & Zanardo

,?????,.,-?. comprende almeno un condotto di aspirazione dell'aria dotato di primi mezzi compressori dell'aria, operativamente connesso al motore a c.i?, di mezzi

Il scambiatori di calore per un parziale raffreddamento dell'aria, disposti a valle dei suddetti primi mezzi . compressori, e caratterizzato dal fatto di essere dotato ulteriormente di almeno una turbina in cui l'a-/ria subisce una parziale espansione, disposta a valle dei suddetti mezzi scambiatori di calore e secondi

1

mezzi compressori dell'aria, disposti a monte dei suddetti mezzi scambiatori di calore e operativamente connessi alla suddetta turbina.

Il combustibile necessario per formare la miscela pu? essere?erogato da un sistema di iniezione,sia

che si tratti di benzina o di gasolio, oppure pu? essere fornito da carburatori, preferibilmente disposti a valle del suddetto scambiatore di calore.

Una realizzazione dell'impianto di sovralimentazione secondo il trovato ? rappresentata schematicamente in figura l, e una sua variante ? mostrata in figura 2.

In figura ^ ? indicato con 10 un motore a c.i. pluricilindrico che viene alimentato con aria, o con

una miscela di aria e combustibile, attraverso il collettore di aspirazione n ? L'aria di alimentazio

- 5 - Ing.Barzan? & Zanardo

ne del motore, eventualmente dopo essere stata filtrata, entra attraverso il condotto di aspirazione

12 nel compressore centrifugo 13 e di qui, attraverso il tratto di condotto di aspirazione 14, passa nel ILIJE compressore centrifugo 15? L'aria compressa perviene, attraverso il condotto di aspirazione 16, nello scambiatore di calore 17? ad esempio del tipo aria?aria,

Idove perde una parte delle calorie acquistate nei compressori 13 e 15, per effetto della compressione sostanzialmente adiabatica*

Attraverso il condotto di aspirazione 18, l'aria perviene ad una turbina centripeta indicata con 19, dove subisce una parziale espansione, sostanzialmente.

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adiabatica, e -un conseguente forte raffreddamento, che la porta ad una temperatura pari o inferiore a quella atmosferica, essendo la temperatura di fine espansione una funzione del salto di pressione a cavallo della turbina*

L'aria che esce dalla turbina 19, perviene, attraverso il c-ondotto di aspirazione 20, nel collettore 11 e ai cilindri del motore 10*

Naturalmente potrebbe essere previsto di alimentare separatamente gruppi di cilindri del motore, adottando per ogni gruppo di cilindri un impianto di sovralimentazione come quello descritto.

? 6 - Ing.Barzan? & Zanardo Come mostrato in figura, il compressore 13 ? trascinato dalla turbina 19 mediante l'albero 21 , e sfrutta cos? il lavoro prodotto dalla parziale espansione dell'aria nella turbina stessa.

Nell'esempio illustrato il compressore 15 ? tra scinato attraverso l'albero 25, da una turbina centripeta 24, azionata dai gas di scarico del motore. / I gas combusti del motore fuoriescono nel collettore 22 e da qui, attraverso il condotto 23, rag-I

giungono la turbina 24; una parte dei gas di scarico passa nel condotto di corto circuito 26, se la valvola 27 ? aperta, quando la pressione nel collettore 11 s?pera un valore di soglia prestabilito.

Attraverso il condotto 28, i gas combusti confluiscono nel tubo di scarico 29, che esce nella turbina 24.

Con l'impianto descritto si realizza un efficace raffreddamento dell'aria in pressione che alimenta il motore, per effetto della sottrazione di calore che si verifica nello scambiatore 17 e per la successiva espansione nella turbina 19.

La pressione e quindi la densit? dell'aria allo ingresso nei cilindri possono essere mantenute ai valori di progetto, senza forti incrementi della potenzialit? del compressore 15, perch? una parte del sai- 7 - Ing.Barzan? & Zanardo to di pressione perduto dall 'aria nella turbina 19 ? compensato dall 'incremento di pressione a monte, rea lizzato con il compressore supplementare 13*

Questi risultati sono stati verificati a calco MC lo, con diverse configurazioni dell 'impianto ?

. Con un compressore centrifugo 15 capace di un rapporto di compressione Ac = 3 , con uno scambiatore di calore 17 avente una efficienza 0,8 , supponendo che la temperatura dell?aria ambiente sia

Tg = 27 ?C, nel caso di impianto privo della turbina

19 e del compressore 13 , si ? trovato una temperatura dell' aria compressa all 'ingresso nei cilindri

?? = 58?C e una densit? dell 'aria 6 = 0,325 Kg^m ? Invece con l ?impiego di un compressore centrifugo 15 capace di un rapporto di compressione A. = 4, un compressore centrifugo 13 con un rapporto di compressione ? = 1 ,7 e una turbina 19 in cui si ? rea lizzato un salto di pressione ?? = 2, 5 , si ? trovato una temperatura dell 'aria compressa all 'ingresso nei cilindri Ta = 22?C e una densit? dell 'aria <5 = 0,333 rg/m<3>.

Quindi si ? realizzata praticamente la stessa sovralimentazione del motore, essendo sostanzialmente uguale la densit? dell ?aria, ma con una notevole differenza della temperatura di alimentazione: 58 ?C con

RIVENDICAZIONI

1? Impianto di sovralimentazione per un motore a c.i?, comprendente almeno un condotto di aspirazione dell?aria dotato di primi mezzi compressori dell?aria, operativamente connessi al motore stesso, di mez zi scambiatori di calore per un parziale raffreddameli to dell'aria, disposti a valle dei suddetti primi mezzi compressori, e caratterizzato dal fatto di essere dotato ulteriormente di almeno una turbina in cui l?aria subisce una parziale espansione, disposta a valle dei suddetti mezzi scambiatori di calore e di secondi mezzi compressori dell'aria, disposti a monte dei sud

Claims

detti mezzi scambiatori di calore e operativamente connessi alla suddetta turbina.

2* Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti secondi mezzi compressori sono costituiti da un compressore centrifu? go disposto in detto condotto di aspirazione del motore a monte dei suddetti primi mezzi compressori* 3? Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti secondi mezzi compres^ sori sono costituiti da un compressore centrifugo disposto in detto condotto di aspirazione del motore a valle dei suddetti primi mezzi compressori.