ITRM990547A1 - Gruppo propulsore per un veicolo. - Google Patents

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ITRM990547A1
ITRM990547A1 IT1999RM000547A ITRM990547A ITRM990547A1 IT RM990547 A1 ITRM990547 A1 IT RM990547A1 IT 1999RM000547 A IT1999RM000547 A IT 1999RM000547A IT RM990547 A ITRM990547 A IT RM990547A IT RM990547 A1 ITRM990547 A1 IT RM990547A1
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fresh
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combustion engine
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Jorg Abthoff
Rudiger Pfaff
Joachim Wiltschka
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Daimler Chrysler Ag
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Description

DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: «GRUPPO PROPULSORE PER UN VEICOLO»
L'invenzione concerne un gruppo propulsore di un veicolo con i particolari del preambolo della rivendicazione 1.
Per aumentare la potenza di un motore a combustione interna, nei gruppi motori, normalmente, si impiega un turbocompressore a gas di scarico che presenta una turbina azionata da gas di scarico del motore a combustione interna e un compressore azionato dalla turbina. Nel compressore, l'aria esterna, che normalmente viene aspirata tramite un filtro d'aria dall'ambiente atmosferico del veicolo, viene compressa in modo da ottenere una carica d'aria che poi viene inviata al motore a combustione interna per la combustione. Grazie alla compressione, si ottiene un flusso di masse maggiore che consente di aumentare la potenza del motore a combustione interna.
Siccome il turbocompressore a gas di scarico di un gruppo propulsore, normalmente, è progettato per il servizio a pieno carico con un alto numero di giri del motore, in caso di basso numero di giri del motore, il turbocompressore a gas di scarico può produrre soltanto una compressione dell'aria fresca relativamente bassa per cui, con un tale basso intervallo di numero di giri, è difficilmente possibile aumentare la potenza mediante il turbocompressore a gas di scarico.
Giusto con un elevato numero di giri, il compressore produce una sufficiente sovralimentazione. Questa sovralimentazione produce, tramite l'aumento di massa d'aria e il corrispondente aumento di massa di carburante, da un lato, un aumento di potenza del motore a combustione interna e, dall'altro lato, un aumento di temperatura di gas di scarico e un aumento di pressione di gas di scarico, in modo da aumentare notevolmente l'erogazione di potenza della turbina. Grazie a questa reazione, il motore a combustione interna può erogare rapidamente una grande potenza non appena il turbocompressore «reagisce», cioè non appena si determina una sovralimentazione attraverso il compressore. Normalmente, in presenza di basso numero di giri fino alla risposta del turbocompressore, si parla di cosiddetto «buco della turbina» («Turboloch»).
Per migliorare la potenzialità di un motore a combustione interna sovralimentato anche nel campo di basso numero di giri vi è un gran numero di proposte diverse .
Ad esempio, dalla US 3673 797 è noto un gruppo propulsore in cui la potenza motrice di un motore a combustione interna viene aumentata con un turbina azionata attraverso i gas di scarico del motore a combustione interna, la turbina alimentando la sua potenza motrice in un differenziale che coopera con la catena di trasmissione. In questo modo, la potenza motrice del motore a combustione interna viene aumentata direttamente attraverso la potenza motrice della turbina. Inoltre, anche questa turbina, in presenza di basso numero di giri del motore a combustione interna, presenta un buco. In questo gruppo propulsore, nella catena di trasmissione azionata dal motore a combustione e dalla turbina è disposto, inoltre, un secondo differenziale mediante il quale è azionato un compressore che comprime aria fresca e la alimentata come carica d'aria al motore a combustione interna. Il compressore azionato, in questo modo, meccanicamente aumenta quindi indirettamente pure la potenza motrice del motore a combustione interna. Un tale compressore azionato meccanicamente non presenta un buco molto marcato come un turbocompressore a gas di scarico per cui, anche in caso di numero di giri più basso, qui si può ottenere un aumento di potenza mediante sovralimentazione del motore. Inoltre, il gruppo propulsore noto presenta un altro compressore che viene azionato dalla turbina e comprime aria fresca che poi viene alimentata o in serie all'altro compressore o, parallelamente a ciò, al motore a combustione interna. Un gruppo propulsore così strutturato è realizzabile solo in modo molto dispendioso.
La presente invenzione si occupa del problema di realizzare un gruppo propulsore del tipo citato avanti per mezzo di accorgimenti costruttivamente semplici nel senso che la potenzialità di un relativo motore a combustione interna è aumentata nel campo di bassi numeri di giri.
Questo problema viene risolto, secondo l'invenzione, con un gruppo propulsore con i particolari della rivendicazione 1.
In questo caso, l'invenzione si basa sull'idea comune di utilizzare un apparecchio di compressione d'aria già contenuto nel veicolo in linea di massima per uno scopo qualsiasi come, ad esempio, un compressore o una soffiante, per aumentare il livello di pressione dell'aria alimentata al motore a combustione interna per la combustione.
In caso di gruppi propulsori disponibili, per mezzo dell'accorgimento proposto secondo l'invenzione si debbono eseguire soltanto modifiche costruttivamente semplici che, inoltre, siano realizzabili in modo economico e semplice per arrivare al gruppo propulsore secondo l'invenzione.
In questo caso, l'invenzione sfrutta il riconoscimento che è già sufficiente un aumento relativamente lieve del livello di pressione dell'aria fresca alimentata al motore a combustione interna per generare, con un numero di giri minore, una reazione del turbocompressore. Poiché anche una pressione leggermente maggiore determina, di conseguenza, un maggior flusso di massa d'aria e quindi una maggiore alimentazione di carburante, per cui la temperatura dei gas di scarico e la pressione di questi e quindi l'entalpia di detti gas di scarico aumentano in modo che la turbina possa trasmettere immediatamente più potenza al compressore. Questa reazione si innesca poi rapidamente in modo che il turbocompressore a gas di scarico reagisca. Il buco della turbina viene spostato, in questo modo, verso numeri di giri minori, in direzione di un numero di giri al minimo.
Corrispondentemente ad una forma di esecuzione, l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare, viene immessa, a monte del compressore, nel sistema di tubi dell'aria, in modo che al compressore venga addotto già un livello di pressione maggiore . Ne consegue che l'aumento di pressione, grazie al compressore supplementare, non si ripercuote in senso additivo sulla pressione di carica d'aria prodotta dal compressore ma in senso moltiplicativo, in modo che il turbocompressore a gas di scarico reagisce quando il numero di giri è ancora più basso.
Secondo l'invenzione, per la produzione di aria fresca compressa viene proposto l'impiego di un qualsiasi apparecchio di compressione che è già contenuto nel veicolo per un altro scopo. Come apparecchi di compressione di questo tipo si può citare, a titolo esemplificativo, una pompa d'aria compressa di un sistema di regolazione di livello, un pompa di aria compressa di una sospensione elastica pneumatica o simili. Pertanto, l'impiego di un tale dispositivo di compressione d'aria già disponibile nel veicolo è, fra l'altro, possibile dal momento che, da un lato, è necessario soltanto un piccolo aumento del livello di pressione per ottenere l'effetto desiderato. Dall'altro lato, gli apparecchi di compressione d'aria citati non vengono utilizzati dai relativi sistemi del veicolo {ad esempio dalla regolazione di livello, dalla sospensione elastica pneumatica) tipicamente nelle fasi di esercizio in cui si deve raggiungere un aumento di potenza con l'aiuto di questi apparecchi di compressione d'aria. Inoltre, tali sistemi pneumatici del veicolo dispongono, normalmente, di accumulatori d'aria compressa, in modo che l'apparecchio di compressione dell'aria relativo possa assumere immediatamente anche un'altra funzione nel veicolo.
Corrispondentemente ad una forma di esecuzione particolarmente vantaggiosa del gruppo propulsore secondo l'invenzione, per la precompressione viene impiegata una soffiante pneumatica secondaria che, in un motore a combustione interna realizzato a guisa di motore a ciclo Otto, specialmente durante una fase di surriscaldamento, viene impiegato per arricchire i gas di scarico con ossigeno al fine di ottenere, in un catalizzatore di ossidazione, una postcombustione delle componenti di carburante ancora contenute, durante la fase di surriscaldamento, nei gas di scarico e rispettivamente una ossidazione delle componenti di CO e di HC dei gas di scarico. Nei motori a ciclo Otto, questa postcombustione e rispettivamente postossidazione dei gas di scarico viene eseguita, preferibilmente durante la fase di surriscaldamento in cui il motore a ciclo Otto normalmente viene azionato con eccesso di carburante, per la riduzione dell'emissione di sostanze nocive. Quando il motore è surriscaldato, la soffiante pneumatica secondaria normalmente non viene più usata per la postcombustione, per cui essa può esser impiegata senza limitazione per la precompressione dell'aria fresca in presenza di basso numero di giri. Con l'aiuto di un adeguato comando si può dare, anche quando fasi di servizio si intrecciano, cioè quando è necessario un pieno carico in presenza di basso numero di giri durante la fase di surriscaldamento del motore a combustione interna, o alla bassa emissione di sostanze nocive o alla maggiore potenza del motore un posizione preferita.
Altri particolari importanti e vantaggi del gruppo propulsore secondo l'invenzione emergono dalle rivendicazioni dipendenti, dai disegni e dalla descrizione relativa delle figure con riferimento ai disegni .
E' evidente che i particolari citati avanti e quelli da illustrare in seguito sono impiegabili non solo nella combinazione di volta in volta indicata ma anche in altre combinazioni o da soli, senza abbandonare l'ambito della presente invenzione.
Un esempio di esecuzione preferito dell'invenzione è rappresentato nei disegni e viene illustrato più dettagliatamente nella descrizione seguente.
La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di principio per un gruppo propulsore secondo l'invenzione.
Corrispondentemente alla figura 1, un gruppo propulsore 1 secondo l'invenzione presenta, in una forma di esecuzione preferita, un motore a combustione interna 2, realizzato come motore a ciclo Otto, il quale è surriscaldato con un turbocompressore a gas di scarico 3 per l'aumento di potenza. Il turbocompressore a gas di scarico 3 presenta, a questo scopo, un compressore 4 al quale viene inviata aria fresca aspirata, tramite un tubo relativo 5, da un ambiente 6 di un veicolo però non rappresentato. Quando il motore a combustione interna 2 lavora con elevato numero di giri, il compressore 4 comprime l'aria fresca in modo da generare una carica d'aria che viene addotta al motore a combustione interna 2 tramite una condotta forzata 7.
Nella condotta forzata 7 è disposto un refrigeratore di carica d'aria 8 in cui dalla carica d'aria riscaldata attraverso la compressione nel compressore 4 viene prelevata energia termica per aumentare, inoltre, in questo modo, il flusso di massa d'aria alimentata al motore a combustione interna 2. Prima dell'entrata della carica d'aria raffreddata nel motore a combustione interna 2, nella condotta forzata 7 è disposta una valvola a farfalla 9 con la quale si può parzializzare la carica d'aria nei punti di esercizio del motore a combustione interna 2 nei quali non è necessario il completo aumento di potenza attraverso la sovralimentazione.
A monte del compressore 4, nel tubo di aria fresca 5 è disposto prima un filtro d'aria 10 che viene attraversato dall'aria fresca. Inoltre, davanti al compressore 4 è disposto un misuratore di massa d'aria il nel tubo di aria fresca 5. Un tale misuratore di aria fresca 11 può essere strutturato, ad esempio, come un cosiddetto misuratore a film caldo e serve a determinare la massa di carburante necessaria che viene addotta al motore a combustione interna 2 tramite un dispositivo di iniezione di carburante non rappresentato per la combustione. Di conseguenza, il gruppo propulsore qui rappresentato lavora con la massa d'aria come grandezza di guida per la regolazione del motore a combustione interna.
Il turbocompressore a gas di scarico 3 presenta, inoltre, una turbina 12, la quale è disposta in un tubo di gas di scarico 13 ed è azionata da gas di scarico del motore a combustione interna 2. La turbina 12 è accoppiata tramite un albero motore 14 con il compressore 4, per cui il compressore 4 è azionato dalla turbina 12.
A valle della turbina 12 è disposto, nel tubo di scarico 13, un catalizzatore 15 che lavora in modo usuale e provoca una riduzione dell'emissione di sostanze nocive del motore a combustione interna 2. A valle del catalizzatore 15, nel tubo di scarico 13, è disposta una marmitta di scarico 16, atta a ridurre in modo usuale le emissioni di suoni e quindi la produzione di rumori del gruppo propulsore 1 e rispettivamente del suo motore a combustione interna 2.
Il gruppo propulsore 1 secondo l'invenzione è equipaggiato, inoltre, con un sistema di alimentazione di aria secondaria 17 che, nella figura 1, è contraddistinto con un perimetro tratteggiato. Il sistema di alimentazione di aria secondaria comprende una soffiante di aria secondaria 18 che, in un primo punto di raccordo 19, dirama aria fresca tramite un tubo di alimentazione 20 dal tubo di aria fresca 5. Quest'aria fresca viene compressa nella soffiante di aria secondaria 18 e convogliata, tramite un tubo di aria secondaria 21 a monte del catalizzatore 15, nel tubo di scarico 13.
Affinchè il motore a combustione interna 2, durante la sua fase di surriscaldamento, presenti in particolare un funzionamento tranquillo, viene fatto funzionare, durante questa fase di surriscaldamento e di partenza a freddo, con miscela grassa in modo che i gas di scarico del motore a combustione interna presentino componenti di CO e CH incombusti. Per ridurre, durante questo funzionamento di surriscaldamento del motore a combustione interna 2, l'emissione di sostanze nocive, nel motore a combustione interna 2 si insuffla, con l'aiuto del sistema di alimentazione di aria secondaria 17, aria fresca, cioè sostanzialmente 02, nei gas di scarico per cui, al più tardi, nel catalizzatore 15 si arriva ad una postossidazione e rispettivamente ad una postcombustione dei componenti di carburante incombusti contenuti nel gas di scarico.
Nel gruppo propulsore 1 secondo l'invenzione, il sistema di alimentazione di aria secondaria 17 è modificato con accorgimenti costruttivamente semplici per poter impiegare la soffiante di aria secondaria 18 come compressore supplementare per l'aumento di potenza del motore a combustione interna 2 e rispettivamente per migliorare il comportamento di risposta del turbocompressore a gas di scarico 3 in presenza di basso numero di giri. Da un lato, dopo la soffiante di aria secondaria che funge da compressore supplementare 18, un tubo di riflusso 22 è allacciato al tubo di aria secondaria 21 che, in un secondo punto di raccordo 23, sbocca nel tubo di aria fresca 5. Dall'altro lato, nel tubo di aria secondaria 21 è disposta una valvola commmutabile 24 che apre o chiude il sistema di alimentazione d'aria attraverso il tubo di aria secondaria 21 al tubo di scarico 13 a seconda delle posizione di commutazione della valvola 24. Inoltre, tra i punti di allacciamento 19 e 23 nel tubo di aria fresca 5 è disposta una valvola di non ritorno 25 che può essere percorsa in direzione del compressore 4 ed effettua uno sbarramento in direzione opposta.
In presenza di basso numero di giri, per aumentare la potenza e rispettivamente la coppia del motore a combustione interna 2, la valvola 24 è chiusa e il compressore supplementare 18 viene attivato. Quest'aria fresca aspirata dall'ambiente 6 tramite il tubo di adduzione 20 viene così compressa e convogliata, tramite il tubo di riflusso 22, nel tubo di aria fresca 5, da dove essa giunge nel compressore 4. Anche in caso di basso numero di giri, il compressore 4 del tubocompressore 3 sviluppa una certa potenza compressiva che si ripercuote in modo moltiplicativo sulla pressione dell'aria addotta al compressore 4 . In questo modo si amplia significativamente anche un piccolo aumento di pressione prodotto da una soffiante di aria secondaria originariamente non prevista a questo scopo. Nel motore a ciclo Otto a circolazione d'aria, il flusso di massa d'aria così ingrandito provoca un adeguato aumento di portata di carburante. Il gas di scarico che poi esce dal motore a combustione interna 2 presenta una elevata entalpia che, nella turbina 12, viene trasformata in potenza motrice per il compressore 4. La potenza motrice ampliata sul compressore 4 produce una compressione più forte della carica d'aria. Questa reazione si innesca rapidamente in modo che il turbocompressore a gas di scarico 3 risponda subito e l'aumento di potenza desiderata compaia già in presenza di numeri di giri relativamente bassi del motore a combustione interna.
Nella partenza a freddo, per ridurre l'emissione di sostanze nocive si apre la valvola 24 e si attiva la soffiante di aria secondaria 18. Affinchè l'aria secondaria non venga addotta alla combustione nel motore a combustione interna 2 attraverso il tubo di riflusso 22, nella valvola a farfalla 9 ha luogo uno strozzamento della carica d'aria in modo che l'aria secondaria venga convogliata nel tubo di scaric 3 sostanzialmente tramite il tubo di aria secondaria 21 producendo la postcombustione desiderata .

Claims (8)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo propulsore per un veicolo con un motore a combustione interna per la erogazione di energia motrice, con un turbocompressore a gas di scarico che presenta una turbina e un compressore, laddove la turbina è azionata mediante gas di scarico del motore a combustione interna, e con un sistema di tubi d'aria che alimenta aria fresca al compressore nel quale essa viene compressa in modo da formare carica d'aria e il quale conduce la carica d'aria dal compressore al motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto che è previsto un compressore supplementare (18) che produce aria fresca compressa che, a seconda del fabbisogno, è alimentabile al sistema di tubo d'aria {5, 7) a monte del motore a combustione interna (2), laddove come compressore supplementare viene impiegato un compressore (18) già disponibile per altri scopi nel veicolo.
  2. 2. Gruppo propulsore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, in un motore a combustione interna (2) realizzato come motore a ciclo Otto è previsto un dispositivo di purificazione di gas di scarico, comprendente un catalizzatore (15), il quale è disposto a valle della turbina (12) in un tubo di scarico (12), e un sistema di alimentazione di aria secondaria (17) collegabile con una soffiante di aria secondaria (18) collegabile che, a seconda del fabbisogno, adduce aria fresca, tramite un tubo di aria secondaria (21) a monte del catalizzatore (15), al tubo di scarico (13), laddove la soffiante di aria secondaria viene impiegata come il compressore supplementare (18) e laddove sono previsti mezzi valvolari (24) che alimentano l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare (18), a seconda del fabbisogno, al sistema di tubi d'aria (5, 7) oppure al tubo di scarico (13).
  3. 3 . Gruppo propulsore secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il compressore supplementare (18) è collegato, a monte del compressore (4), in parallelo con un tubo di aria fresca (5) che convoglia l'aria fresca al compressore (4) laddove, in un primo punto di raccordo (19), è allacciato un tubo di adduzione (20) al tubo di aria fresca (5) che alimenta aria fresca dal tubo (5) relativo al compressore supplementare (18), laddove a valle del primo punto di raccordo (19), in un secondo punto di raccordo (23), è allacciato un tubo di riflusso (22) al tubo di aria fresca (5) che convoglia aria fresca compressa nel tubo di aria fresca, e laddove tra i punti di raccordo (19 e 23) è disposta una valvola di non ritorno (25) nel tubo di aria fresca (5), la quale chiude un riflusso dal secondo punto di raccordo (23) al primo punto di raccordo (19) tramite il tubo di aria fresca (5).
  4. 4. Gruppo propulsore secondo la rivendicazione 2 oppure secondo la rivendicazione 3, per quanto questa si riferisce alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che in un gruppo propulsore (1), che in una condotta forzata (7) che porta la carica d'aria dal compressore (4) al motore a combustione interna (2) presenta una valvola a farfalla (9), i mezzi valvolari (24) sono disposti nel tubo d'aria secondaria (21) laddove, per l'alimentazione di aria fresca compressa al catalizzatore (15), la valvola a farfalla parzializza la carica d'aria.
  5. 5. Gruppo propulsore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che, in un gruppo propulsore (1), che rileva una portata di carburante addotta al motore a combustione interna in funzione di un portata d'aria misurata per mezzo di un organo di misura relativo ed addotta al motore a combustione interna, l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare (18), viene convogliata a monte dell'organo di misura (11) dell'aria nel sistema di tubi d'aria (5, 7).
  6. 6. Gruppo propulsore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare (18) viene convogliata a monte del compressore (4) nel sistema di tubi d'aria (5, 7).
  7. 7. Gruppo propulsore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare (18), in caso di motore a combustione interna (2) operante a pieno regime e nell'ambito di un basso numero di giri, viene alimentata al sistema di tubi d'aria (5, 7).
  8. 8 . Gruppo propulsore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che, il compressore supplementare (18) sovralimenta un accumulatore di aria fresca e l'aria fresca compressa, prodotta dal compressore supplementare (18), viene addotta, a seconda del fabbisogno, dall'accumulatore di aria fresca al sistema di tubi d'aria (5, 7).
IT1999RM000547A 1998-09-05 1999-09-01 Gruppo propulsore per un veicolo. IT1309053B1 (it)

Applications Claiming Priority (1)

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DE19840629A DE19840629C2 (de) 1998-09-05 1998-09-05 Antriebsaggregat für ein Fahrzeug

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ITRM990547A0 ITRM990547A0 (it) 1999-09-01
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IT1309053B1 IT1309053B1 (it) 2002-01-16

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