WO2007060274A1 - Sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor - Google Patents

Sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor Download PDF

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Josep Gea Turriella
Teodoro Artigas Gomez
Josep Giribet Carli
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention has as its object a supercharging assistance system in transitory operating conditions for alternative supercharged engines by means of a turbocharger group.
  • the system of the present invention relates to alternative internal combustion engines supercharged by turbocharger groups, both diesel cycle and Otto cycle, which are subjected to a use in which the transient operating conditions are very relevant, especially in those supercharged traction motors for vehicles.
  • Turbocharged supercharged engines offer a behavior that depends on the design of the turbocharger group, in which the areas where the flow of the engine's exhaust gases is under the work that the turbine removes is not sufficient to achieve an adequate rotation regime so that the compressor causes a correct blowing pressure for engine operation. This fact means that the performance of the engine in transitory situations of load (per engine), that is, those in which a condition of low load is transferred to high load, especially in long-distance recoveries of the vehicle, is not the right ones
  • the present invention eliminates said drawbacks, allowing the overall improvement of the supercharging system using a traditional turbocharger.
  • the supercharging assistance system in transitory operating conditions for alternative supercharged engines by group The turbocharger object of the present invention is essentially characterized in that it comprises an air reservoir external to the engine that is connected through a control valve to the intake manifold of the engine and an air compressor that is connected, by control means, to the air reservoir in which the pressurized air, from the compressor, accumulates to be discharged to the intake manifold depending on the operating conditions of the vehicle.
  • the air compressor can be the compressor of the turbocharger group of the engine supercharging system, or it can be a compressor driven by the engine independent of the intake system, or it can be an externally operated compressor to the engine, and where appropriate it can have its function shared with devices outside the engine.
  • the intake air reservoir has its shared function with devices external to the engine.
  • control valve allows the discharge of air from the air reservoir to the intake manifold depending on the operating conditions of the engine and / or the vehicle and / or the demand for performance by the user.
  • control means allow the loading of pressurized air into the air reservoir, from the air compressor, depending on the operating conditions of the engine and / or the vehicle and / or the demand for benefits by the user.
  • Figure 1 is a schematic view of the supercharging assistance system under transient operating conditions for alternative supercharged engines by turbocharger group, according to the present invention.
  • Figure 2 is a schematic view similar to Figure 1, in which the compressor is the compressor of the turbocharger group itself.
  • Figure 3 is a schematic view similar to Figure 1, in which the compressor is mechanically driven by the engine.
  • Figure 4 is a schematic view similar to Figure 3, in which the compressor is mechanically driven by the engine and in which the air reservoir assists other elements of the vehicle.
  • Figure 5 is a schematic view similar to Figure 3, in which the compressor is driven by the engine and in which the compressor assists other elements of the vehicle, the compressor performing said assistance indirectly by the control means.
  • Figure 6 is a schematic view similar to Figure 3, in which the compressor is driven by the engine and in which the compressor and the air reservoir assist other elements of the vehicle, the compressor performing said assistance directly by the means of control.
  • Figure 1 illustrates the preferred configuration of the preferred embodiment of the invention.
  • Said preferred embodiment comprises the alternative engine -1- which has supercharging by means of a turbocharger -2-, so that from the flow of exhaust gases coming from the exhaust manifold -4- the turbine -T- extracts work that allows drive the compressor -C- that sends pressurized air to the intake manifold -3-.
  • the invention incorporates on said alternative motor -1- an external compressor -5- which is connected by control means -6- to an external air reservoir -7- which is connected to the intake manifold -3- through a valve of control -8-.
  • the operation of the system is based on the charge of the external air reservoir -7- by means of the control means -6- that connect it to the compressor -5- so that in the transient situations where it is required, the control valve -8- allow the discharge of the air tank -7- on the intake manifold -3- of the engine -1-, so that the amount of air sucked by the engine is increased.
  • Figure 2 illustrates another configuration of the system according to another preferred embodiment, in which the compressor -5- is the compressor of the turbocharger group -2- of the engine -1-, whose compressor is connected by the control means -6- to the external air reservoir -7-,
  • the external air reservoir charge -7- is carried out in those conditions in which the compressor -5- of the turbocharger group -2- introduces excessive air into the intake manifold - 3- of the engine.
  • Figure 3 illustrates another configuration of the system, in which the compressor -5- is driven directly by the motor -1- itself, whose compressor -5- is connected by control means -6- to the external air reservoir -7- .
  • the compressor -5- in addition to being directly driven by the motor -1- itself, is also connected through the control means -6- to the external storage tank.
  • air -7- and in turn the external air tank -7- is connected by means of the control valve -8- to the intake manifold -3-, and at the same time to other elements -11- of the vehicle that requires air to Pressure.
  • Figure 5 illustrates an embodiment similar to that illustrated in Figure 3, in which the compressor -5-, in addition to being driven directly by the motor -1-, is connected to the external air reservoir -7- through the control means -6-, and assists an air tank -10- through elements of regulation -9-, and allows the operation of other elements -11- of the vehicle.
  • Figure 6 illustrates a more extensive configuration, in which the compressor -5-, in addition to being driven directly by the motor -1- itself, is connected to the external air reservoir -7- through control means -6 -, which in this case comprise some of the vehicle's own regulation elements -9- and an air tank -10- that both supplies air under pressure to the external air tank -7-, as allows the operation of other elements of the vehicle -H-.
  • control means -6 - which in this case comprise some of the vehicle's own regulation elements -9- and an air tank -10- that both supplies air under pressure to the external air tank -7-, as allows the operation of other elements of the vehicle -H-.
  • the external air tank itself -7- can supply air to other elements of the vehicle -12-, and at the same time through the control means -8- it can discharge pressurized air into the intake manifold -3-.

Abstract

Sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor. El sistema de la invención comprende un depósito de aire externo al motor que está conectado al colector de admisión del motor y un compresor de aire que está conectado al depósito de aire en el que se acumula el aire a presión, cuyo aire a presión se descarga al colector de admisión según las condiciones operativas del vehículo.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor .
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto un sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
El sistema de la presente invención se refiere a los motores alternativos de combustión interna sobrealimentados mediante grupos turbocompresores, tanto de ciclo diesel como de ciclo Otto, que se ven sometidos a un uso en el que las condiciones de operación transitorias tienen mucha relevancia, en especial en aquellos motores sobrealimentados de tracción para vehículos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los motores sobrealimentados mediante turbocompresor ofrecen un comportamiento que depende del diseño del grupo turbocompresor, en el que las zonas donde el caudal de los gases de escape del motor es bajo el trabajo que extrae la turbina no es suficiente como para conseguir un régimen de giro adecuado para que el compresor provoque una presión de soplado correcta para el funcionamiento del motor. Este hecho comporta que las prestaciones del motor en situaciones transitorias de carga (por motor) , es decir, aquellas en las que se pasa de una condición de baja carga a alta carga, en especial en las recuperaciones en marcha larga del vehículo, no sean las adecuadas.
A nivel de usuario esta problemática se traduce en un tiempo de espera hasta que las prestaciones del motor son las adecuadas durante el cual, en especial en los motores diesel, se produce un transitorio en el que las emisiones contaminantes son muy importantes .
Los citados inconvenientes, actualmente, tienden a resolverse incorporando turbocompresores de turbina de alabes variables o mediante la incorporación de dos turbocompresores, uno de menor tamaño para condiciones de bajo caudal y otro para las condiciones habituales de funcionamiento del motor, en régimen estacionario. Estas soluciones son muy válidas pero comportan el encarecimiento del producto final y aumentan considerablemente la complejidad del mismo con lo que la fiabilidad del conjunto se ve comprometida.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención elimina los citados inconvenientes, permitiendo la mejora global del sistema de sobrealimentación empleando un turbocompresor tradicional.
El sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor objeto de la presente invención, se caracteriza esencialmente porque comprende un depósito de aire externo al motor que está conectado a través de una válvula de control al colector de admisión del motor y un compresor de aire que está conectado, por medios de control, al depósito de aire en el que se acumula el aire a presión, procedente del compresor, para ser descargado al colector de admisión en función de las condiciones operativas del vehículo.
Según la presente invención, el compresor de aire puede ser el propio compresor del grupo turbocompresor del sistema de sobrealimentación del motor, o bien puede ser un compresor accionado por el motor independiente del sistema de admisión, o bien puede ser un compresor accionado de modo externo al motor, y en su caso puede tener su función compartida con dispositivos externos al motor.
Según la invención el depósito de aire de admisión tiene su función compartida con dispositivos externos al motor.
Según la presente invención, la válvula de control permite la descarga de aire desde el depósito de aire al colector de admisión en función de las condiciones de funcionamiento del motor y/o del vehículo y/o de la demanda de prestaciones por parte del usuario.
Según la invención los medios de control permiten la carga de aire a presión en el depósito de aire, desde el compresor de aire, en función de las condiciones de funcionamiento del motor y/o del vehículo y/o la demanda de prestaciones por parte del usuario .
Estas y otras características se desprenderán mejor de la descripción detallada que sigue, para facilitar la cual se acompaña de dos láminas de dibujos en las que se ha representado un caso práctico de realización que se cita solamente a título de ejemplo no limitativo del alcance de la presente invención. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos:
La figura 1 es una vista esquemática del sistema de asistencia a la sobrealimetación en condiciones de operación transitoria para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor, según la presente invención.
La figura 2 es una vista esquemática similar a la figura 1, en la que el compresor es el propio compresor del grupo turbocompresor. La figura 3 es una vista esquemática similar a la figura 1, en la que el compresor está accionado mecánicamente por el motor.
La figura 4 es una vista esquemática similar a la figura 3, en la que el compresor está accionado mecánicamente por el motor y en la que el depósito de aire asiste a otros elementos del vehículo.
La figura 5 es una vista esquemática similar a la figura 3, en la que el compresor está accionado por el motor y en la que el compresor asiste a otros elementos del vehículo, realizando el compresor dicha asistencia indirectamente por los medios de control. La figura 6 es una vista esquemática similar a la figura 3, en la que el compresor está accionado por el motor y en la que el compresor y el depósito de aire asisten a otros elementos del vehículo, realizando el compresor dicha asistencia directamente por los medios de control.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA
De conformidad con los dibujos, la figura 1 ilustra la configuración preferente de la forma de realización preferida de la invención. Dicha realización preferida comprende el motor alternativo -1- que presenta una sobrealimentación mediante un turboconapresor -2-, de modo que a partir del flujo de gases de escape que proviene del colector de escape -4- la turbina -T- extrae trabajo que permite accionar el compresor -C- que envia aire a presión al colector de admisión -3-. La invención incorpora sobre dicho motor alternativo -1- un compresor externo -5- que está conectado por medios de control -6- a un depósito de aire externo -7- que está conectado al colector de admisión -3- a través de una válvula de control -8-. El funcionamiento del sistema está basado en la carga del depósito de aire externo -7- mediante los medios de control -6- que lo conectan al compresor -5- para que en las situaciones transitorias donde sea requerido, la válvula de control -8- permita la descarga del depósito de aire -7- sobre el colector de admisión -3- del motor -1-, de modo que se incremente la cantidad de aire aspirado por el motor. La figura 2 ilustra otra configuración del sistema según otra realización preferida, en la que el compresor -5- es el propio compresor del grupo turbocompresor -2- del motor -1-, cuyo compresor está unido por los medios de control -6- al depósito de aire externo -7-, En esta configuración la carga del depósito de aire externo -7- se realiza en aquellas condiciones en las que el compresor -5- del grupo turbocompresor -2- introduce un aire excesivo en el colector de admisión -3- del motor.
La figura 3 ilustra otra configuración del sistema, en la que el compresor -5- está accionado directamente por el propio motor -1-, cuyo compresor -5- está conectado por medios de control -6- al depósito de aire externo -7-.
En otra configuración del sistema, como la que ilustra la figura 4, el compresor -5-, además de estar accionado directamente por el propio motor -1-, también está conectado a través de los medios de control -6- al depósito externo de aire -7- y a su vez el depósito de aire externo -7- está conectado mediante la válvula de control -8- al colector de admisión -3-, y al mismo tiempo a otros elementos -11- del vehículo que requiere de aire a presión. La figura 5 ilustra una realización similar a la ilustrada en la figura 3, en la que el compresor -5-, además de estar accionado directamente por el motor -1-, está conectado al depósito de aire externo -7- a través de los medios de control -6-, y asiste a un depósito de aire -10- a través de elementos de regulación -9-, y permite el funcionamiento de otros elementos -11- del vehiculo.
La figura 6 ilustra una configuración más extensa, en la que el compresor -5-, además de estar accionado directamente por el propio motor -1-, está conectado al depósito de aire externo -7- a través de unos medios de control -6-, que en este caso comprenden unos elementos propios de regulación del vehículo -9- y un depósito de aire -10- que tanto surte de aire a presión al depósito de aire externo -7-, como permite el funcionamiento de otros elementos del vehículo -H-. A la vez, el propio depósito de aire externo -7- puede surtir de aire a otros elementos del vehículo -12-, y al propio tiempo a través de los medios de control -8- puede descargar aire a presión en el colector de admisión -3-.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema de asistencia a la sobrealimentación en condiciones de operación transitorias para motores alternativos sobrealimentados mediante grupo turbocompresor, del tipo en que la sobrealimentación del motor (1) se realiza por al menos un grupo turbocompresor (2) que implica un retardo en la obtención de la presión de colector (3) estacionaria durante el transitorio de aceleración del motor (1) , caracterizado porque comprende un depósito de aire (7) externo al motor (1) que está conectado, a través de una válvula de control (8), al colector de admisión (3) del motor (1) y un compresor (5) de aire que está conectado, por medios de control (6), al depósito de aire (7) en el que se acumula el aire a presión, procedente del compresor (5) , para ser descargado al colector de admisión (3) en función de las condiciones operativas del vehiculo.
2.- Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el compresor (5) de aire es el propio compresor (C) del grupo turbocompresor (2) del sistema de sobrealimentación del motor (1) .
3.- Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el compresor de aire (5) es un compresor (5) accionado por el motor (1) independiente del sistema de admisión.
4,- Sistema, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque el compresor de aire (5) tiene su función compartida con dispositivos externos (11, 12) al motor (1) .
5.- Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque el depósito de aire (7) de admisión tienen su función compartida con dispositivos externos (11) al motor (1) .
6.- Sistema, según reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de control (8) permite la descarga de aire desde el depósito de aire
(7) al colector de admisión (3) en función de las condiciones de funcionamiento del motor (1) y/o del vehiculo y/o de la demanda de prestaciones por parte del usuario.
7.- Sistema, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de control (8) permiten la carga de aire a presión en el depósito de aire (7), desde el compresor (5) de aire, en función de las condiciones de funcionamiento del motor (1) y/o del vehiculo y/o de la demanda de prestaciones por parte del usuario.
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