ITRM20000127A1

ITRM20000127A1 - Procedimento per il funzionamento di un motore a combustione interna sovralimentato.

Info

Publication number: ITRM20000127A1
Application number: IT2000RM000127A
Authority: IT
Inventors: Roland Bischoff
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-10
Also published as: FR2794173A1; FR2794173B1; DE19913792A1; ITRM20000127A0; IT1315863B1; US6381961B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Procedimento per il funzionamento di un motore a combustione interna sovralimentato".

L'invenzione riguarda un procedimento per il funzionamento di un motore a combustione interna sovralimentato a mezzo di un turbocompressore a gas di scarico, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Mediante la sovralimentazione, ossia mediante la compressione preliminare dell'aria di alimentazione prima dell'entrata nel cilindro, si può aumentare la potenza del motore. Con questo turbocompressore a gas di scarico, il compressore viene azionato a rotazione nel condotto di alimentazione d'aria mediante una turbina, che è disposta nel condotto di gas di scarico e viene sollecitata dal flusso di gas di scarico dei cilindri.

Per aumentare la potenza di sovralimentazione, in particolare nei campi di esercizio del motore a combustione interna con piccoli volumi di gas di scarico e quindi con una piccola coppia di base del turbocompressore a gas di scarico, la pubblicazione DE 32 44 928 A1 propone un trasferimento dell'insufflamento di un flusso parziale dell'aria di alimentazione compressa al condotto di gas di scarico. L'aria di alimentazione viene introdotta insieme con il flusso di gas di scarico nella turbina, che viene quindi sollecitata in misura maggiore con una maggiore portata di aria. Il trasferimento dell'aria di alimentazione avviene nei campi di esercizio del motore a combustione interna quando la pressione di alimentazione supera la pressione di gasi di scarico della turbina. Per avviare il trasferimento dell'insufflamento, una valvola di bloccaggio viene aperta in un condotto di troppi pieno e il flusso parziale dell'aria di alimentazione da trasferire viene spinto dalla caduta di pressione nel condotto di troppo pieno verso la turbina del turbocompressore a gas di scarico.

Il compito dell'invenzione è quello di realizzare un procedimento per il funzionamento di un motore a combustione interna sovralimentato a mezzo di un turbocompressore a gas di scarico, che ottimizza nell'intero campo caratteristico di funzionamento la potenza di sovralimentazione e abbassa l'emissione dei gas di scarico del motore a combustione interna. Questo compito viene risolto secondo l’invenzione mediante le caratteristiche della rivendicazione 1. Nel procedimento secondo l’invenzione, il condotto di troppo pieno viene usato alternativamente per l 'insufflamento dell'aria di alimentazione nel condotto di gas di scarico oppure per il ritorno dei gas di scarico. Con la rialimentazione dei gas di scarico l'emissione dei gas di scarico può essere efficacemente abbassata in molti campì di esercizio del motore a combustione interna. La rialimentazione dei gas di scarico può aver luogo in presenza di una caduta di pressione nel condotto di troppo pieno, che spinge verso il condotto di alimentazione di aria, vale a dire che la pressione dei gas di scarico supera la pressione di alimentazione. Se il motore a combustione interna dovesse essere fatto funzionare con la rialimentazìone dei gas di scarico, allora la valvola di controllo nel condotto di troppo pieno viene aperta e la pressione dei gas di scarico spinge un flusso parziale di questi ultimi nel condotto di alimentazione di aria. Senza un supplementare dispendio strutturale, con il procedimento secondo l'invenzione può aver luogo all'occorrenza sia il trasferimento dell'insufflamento dell'aria di alimentazione, sia una rialimentazione del gas di scarico.

Convenientemente, la portata del condotto di troppo pieno è regolabile mediante la variazione della sezione trasversale di apertura della valvola di bloccaggio, per cui nell'esercizio di trasferimento dell'insufflamento è regolabile l'aumento della coppia del compressore, mentre nell'esercizio di rialimentazione del gas di scarico è regolabile il grado di rialimentazione del gas di scarico. Una unità di controllo può rilevare il regime attuale sulla base di un segnale di entrata di almeno un parametro di esercizio del motore a combustione interna. L'unità di controllo determina successivamente il tipo di esercizio, coordinato al regime ogniqualvolta rilevato (esercizio di trasferimento dell'insufflamento/ rialimentazione di gas di scarico) e la corrispondente portata del condotto di troppo pieno. Dall'unità di controllo viene azionata la valvola di bloccaggio nel condotto di troppo pieno e viene regolata la prevista sezione trasversale di passaggio.

I rispettivi campi di esercizio, in cui da un iato è possibile il trasferimento dell'insufflamento e, dall'altro lato, la rialimentazione del gas di scarico conformemente alle attuali cadute di pressione, possono essere allargati quando la caduta di pressione attraverso il condotto di troppo pieno è regolabile a mezzo di un organo di strozzatura agente sul flusso di gas di scarico. Mediante la chiusura dell’organo di strozzatura si ottiene il ristagno del flusso del gas di scarico con l'aumento della pressione. In caso di un corrispondente aumento della pressione dei gas di scarico oltre l'attuale pressione di alimentazione, in questo modo anche in regimi, in cui la naturale caduta di pressione si oppone ad una rialimentazione dei gas di scarico, ciononostante il gas di scarico può essere aggiunto all'occorrenza alla corrente di aria di alimentazione. Mediante una appropriata, regolazione dell'organo di strozzatura si può anche regolare una caduta di pressione, spingente l'aria di alimentazione, attraverso il condotto di troppo pieno, per sostenere l'esercizio di trasferimento dell 'insufflamento. In modo particolarmente vantaggioso, quale organo di strozzatura per il flusso di gas di scarico viene usato un turbocompressore a gas di scarico con una geometria della turbina, variabile in modo regolabile. L'unità di controllo può determinare la pressione dei gas di scarico anteriormente alla turbina mediante una appropriata regolazione della sezione trasversale di passaggio della turbina, ad esempio mediante la regolazione di una griglia di guida variabile della turbina.

Un esempio di realizzazione dell'invenzione verrà qui di seguito illustrato più da vicino con riferimento al disegno.

L'unica figura del disegno mostra una vista schematica di un motore a combustione interna 1, che comprende una pluralità di cilindri 2. I cilindri 2 vengono alimentati ciascuno attraverso una entrata 3 da un condotto di alimentazione 5 con l'aria di alimentazione precompressa. I gas di scarico dei cilindri 2 vengono fatti defluire rispettivamente da uno scarico 4 e da un condotto collettore 6. La sovralimentazione del motore a combustione interna 1 avviene attraverso un turbocompressore a gas di scarico 10, la cui turbina 11 è disposta nel condotto di gas di scarico 6 e viene sollecitata dal flusso di gas di scarico. Il flusso di gas di scarico entra nella turbina 11 con la pressione p3, la turbina essendo messa in rotazione con l'abbassamento della pressione dei gas di scarico a livello p4. Attraverso un albero 13, la turbina 11 aziona un compressore 12, che comprime l'aria fresca, entrante alla pressione p1 alla pressione di alimentazione p2 nel condotto di alimentazione d’aria 5. Attraverso il condotto di alimentazione 5, l'aria viene alimentata attraverso le entrate 3 verso i cilindri 2 del motore a combustione interna 1. La turbina 11 presenta una geometria regolabile in modo variabile, ad esempio una griglia di guida regolabile della turbina essendo regolabile attraverso un servomotore 14. Attraverso la variazione della geometria della turbina è variabile la sezione trasversale di passaggio della turbina 11 essendo così influenzati da un lato l’effetto di aspirazione sul flusso di gas di scarico del motore a combustione interna nonché l’accelerazione e la coppia del turbocompressore a gas di scarico 10.

Il condotto di alimentazione di aria 5 è collegato in direzione di flusso posteriormente al compressore 12 mediante un condotto di troppo pieno 7 con il condotto di gas di scarico 6, il condotto di troppo pieno 7 sboccando in direzione di flusso del gas di scarico anteriormente alla turbina 11. Nel condotto di troppo pieno 7 è disposta una valvola di bloccaggio 8, la quale può essere aperta all’occorrenza per il passaggio tra il condotto di alimentazione d'aria 5 e il condotto di gas di scarico 6. Quando la valvola di bloccaggio 8 è aperta, un flusso parziale fluisce da uno dei due condotti collegati, spinto dall'attuale caduta di pressione p2-p3 al rispettivo altro condotto. Nei punti di esercizio con cadute di pressione positive, quando la pressione di alimentazione p2 supera la pressione di gas di scarico p3, l'aria di alimentazione viene insufflata attraverso il condotto di troppo pieno 7 e aggiunta al flusso di gas di scarico. Mediante il trasferimento dell'insuff lamento viene aumentata la portata della turbina, per cui, in particolare in regimi del motore a combustione 1 con piccoli volumi di gas di scarico, ad esempio in campi inferiori di numeri di giri e di alimentazione, aumenta la potenza di sovralimentazione del turbocompressore a gas di scarico 10. Se è presente una caduta di pressione negativa p2-p3, con un livello più elevato della pressione di gas, allora attraverso l'apertura di troppo pieno, quando la valvola di bloccaggio 8 è aperta, il gas di scarico può essere riportato al condotto di aria di alimentazione 5.

La portata del condotto di troppo pieno 7 è regolabile variando la sezione trasversale di apertura della valvola di bloccaggio 8. La sezione trasversale di apertura della valvola di bloccaggio 8 viene regolata in sintonia con la caduta di pressione p2-p3 nel punto di esercizio ogniqualvolta presente, per regolare nell'esercizio di trasferimento dell'insufflamento o nell'esercizio di rialimentazione dei gas di scarico, la portata ottimale. La portata di aria di trasferimento o il grado di rialimentazione dei gas di scarico vengono determinati mediante la regolazione della valvola di bloccaggio 8 da una unità di regolazione, che aziona la valvola di bloccaggio con un corrispondente segnale di comando 17. L'unità di controllo rileva il punto di esercizio del motore a combustione interna da uno o più parametri di funzionamento del motore a combustione interna, ad esempio dal numero di giri. Tuttavia, potrebbe essere anche vantaggioso introdurre nell'unità di controllo 9, per il rilevamento del punto di esercizio o quale grandezza di disturbo per la catena di comando della valvola di bloccaggio 8, valori di misurazione della pressione di alimentazione p2 e della pressione di gas di scarico p3. L'unità di controllo 9 preleva da un campo caratteristico 15 i parametri di regolazione ottimali, memorizzati in esso, della valvola di bloccaggio 8 per il punto di esercizio rilevato.

L'unità di controllo 9 controlla inoltre il servomotore 14 della geometria della turbina, regolabile in modo variabile. Mediante una variazione della sezione trasversale di passaggio mediante la regolazione della geometria della turbina, l'unità di controllo 9 varia all'occorrenza l'effetto di ristagno della turbina 11 e può così abbassare o aumentare la pressione di gas di scarico p3. La geometria variabile della turbina viene usata quale organo di strozzatura agente sul flusso di gas di scarico. Se per abbassare l'emissione di sostanze nocive si ritiene conveniente una rialimentazione dei gas di scarico, allora mediante il ristagno del flusso di gas di scarico la pressione p3 viene aumentata e viene formata una caduta di pressione negativa p2-p3 nel condotto di troppo pieno 9, che spinge il gas di scarico nel condotto di alimentazione di aria 5, In modo analogo, quando è richiesto un aumento della quantità di aria, è possibile un abbassamento della pressione p3 del gas di scarico, per cui una forte differenza di pressione p2-p3 spinge una maggiore quantità di aria di alimentazione nel condotto di gas di scarico 6. L'unità di controllo 9 sincronizza il segnale di regolazione 18 della geometria variabile della turbina con il segnale di controllo 17 della sezione trasversale di passaggio del condotto di troppo pieno e regola così la portata di aria desiderata nel condotto di troppo pieno (aria insufflata/ gas di scarico rialimentato).

Mediante la strozzatura del flusso di gas di scarico a mezzo della regolazione della geometria della turbina e la possibilità di regolazione della caduta di pressione tra il condotto di aria di alimentazione 5 e il condotto di gas di scarico 6, in ampie zone del campo caratteristico si può eseguire facoltativamente la commutazione tra l'esercizio di trasferimento dell'insufflamento e l'esercizio di rialimentazione del gas di scarico.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il funzionamento di un motore a combustione interna (1), sovralimentato a mezzo di un turbocompressore a gas di scarico (10), in cui in funzione del regime del motore a combustione interna (1), mediante l'apertura di una valvola di bloccaggio (8) in un condotto di troppopieno (7), 1'insufflamento dell'aria di alimentazione compressa viene trasferito da un condotto di alimentazione d'aria (5), estendentesi verso il motore a combustione interna (1), ad un condotto di gas di scarico (6) del motore a combustione interna (1), estendentesi verso la turbina 11 del turbocompressore a gas di scarico (10), con una caduta di pressione propellente (p2-p3) attraverso il condotto di troppopieno (7), caratterizzato dal fatto che il condotto di troppo pieno (7) viene all'occorrenza liberato in presenza di una caduta di pressione (p2-p3) spingente verso il condotto di alimentazione d'aria (5), per rialimentare il gas di scarico nel condotto di alimentazione d'aria.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la portata del condotto di troppo pieno (7) viene regolata mediante la variazione della sezione trasversale di apertura della valvola di bloccaggio (8).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che una unità di controllo (9) determina, sulla base di un segnale di entrata (16) di almeno un parametro di esercizio del motore a combustione interna (1), il tipo di funzionamento coordinato all'attuale regime (esercizio di trasferimento dell'insufflamento/ rialimentazione di gas di scarico), determinando anche la corrispondente portata del condotto di troppo pieno (7).
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la caduta di pressione (p2-p3) è regolabile attraverso il condotto di troppopieno (7) a mezzo di un organo di strozzatura agente sul flusso di gas di scarico.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo (9) determina la pressione di gas di scarico (p3) anteriormente alla turbina (11) mediante una corrispondente regolazione della sezione trasversale di passaggio di una geometria variabile della turbina.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo (9) regola da un campo caratteristico (15) il tipo di funzionamento previsto per l'attuale regime del motore a combustione interna (1) e la direzione di flusso del travasamento di gas tra il condotto di aria di alimentazione (5) e il condotto di gas di scarico (6) e la corrispondente caduta di pressione (p2-p3), nonché la sezione trasversale di apertura della valvola di bloccaggio (8).