BRPI0602953B1

BRPI0602953B1 - método e dispositivo de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo em motor a combustão interna

Info

Publication number: BRPI0602953B1
Application number: BRPI0602953A
Authority: BR
Inventors: Marco Panciroli
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain S.P.A.
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2018-05-08
Also published as: EP1741895B1; CN1896471B; EP1741895A1; ES2340501T3; ATE459792T1; DE602005019708D1; US20070033936A1; CN1896471A; US7509803B2; PL1741895T3; BRPI0602953A

Abstract

"método e dispositivo de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo em motor a combustão interna". dispositivo (10) de controle da velocidade de supercarregador turbo (7) em motor a combustão interna que compreende: um compressor (9); uma turbina (8) para dirigir o compressor (9) em rotação sob a ação dos gases de exaustão do motor (2); e uma válvula de portão de resíduos (12) para regular a velocidade de fluxo dos gases de exaustão na entrada para a turbina (8) de forma a controlar a sua velocidade de rotação; em que o dispositivo de controle (10) compreende: uma unidade de cálculo (15), que recebe na entrada um conjunto de parâmetros que compreende velocidade limite previamente definida (n~ tc~) do supercarregador turbo (7), a pressão do ar (p~ amb~) medida na entrada para o compressor (7) e a velocidade de fluxo de massa (q~ ah~) do mencionado compressor (9) e é projetada para processar os mencionados parâmetros para determinar, por meio de mapa previamente determinado (15a) que caracteriza a operação do compressor (9), pressão limite de supercarregamento (s~ p1~) correlacionada à pressão de ar que pode ser obtida na saída do compressor (9) em condição de rotação da turbina (8) em velocidade substancialmente igual à velocidade limite máxima previamente definida (n~ tc~); uma unidade de comparação (16) projetada para verificar se pressão de supercarregamento objetiva necessária (p~ ob~) satisfaz relação previamente definida com a pressão limite de supercarregamento calculada (s~ p1~); e uma unidade de direcionamento (17) que, caso a relação previamente definida seja satisfeita, é projetada para reger a válvula de portão de resíduos (12) para controlar a velocidade da turbina (8) em função da pressão limite de supercarregamento (s~ p1~), de forma a limitar a velocidade de rotação do supercarregador turbo (7) a um valor substancialmente igual à velocidade limite de rotação (n~ tc~).

Description

(54) Título: MÉTODO E DISPOSITIVO DE CONTROLE DA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DE SUPERCARREGADOR TURBO EM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA (51) Int.CI.: F02B 37/12; F02B 37/18; F02D 45/00 (30) Prioridade Unionista: 05/07/2005 EP 05425478.4 (73) Titular(es): MAGNETI MARELLI POWERTRAIN S.P.A.

(72) Inventor(es): MARCO PANCIROLI

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Método e dispositivo de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo em motor a combustão interna.

A presente invenção refere-se a um método e dispositivo de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo em motor a combustão interna.

Como se sabe, alguns motores a combustão interna de veículos automotores são equipados com sistema de supercarregamento, que é capaz de aumentar a potência desenvolvida pelo motor por meio da exploração da energia residual dos gases de exaustão produzidos pelo próprio motor.

Os sistemas de supercarregamento do tipo mencionado acima são tipicamente equipados com um supercarregador turbo que consiste, por sua vez, de um conjunto de turbina junto com o cano de exaustão, de forma a girar em alta velocidade sob a ação dos gases de exaustão expelidos pelo motor, e de um compressor definido ao longo do cano de alimentação de ar, que é conectado à turbina por meio de uma haste para direção em rotação pela própria turbina, de forma a “empurrar” o ar depositado do lado de fora em direção aos cilindros do motor. A ação de impulsão gera supercarregamento, ou seja, aumento da pressão de ar fornecida para o motor, o que determina aumento da potência desenvolvida por meio dele.

Sabe-se ainda que, em sistemas de supercarregamento do tipo descrito acima, é necessário poder limitar, à medida que variam as condições de operação do motor, a velocidade máxima de rotação do supercarregador turbo, tanto por razões funcionais quanto por razões estruturais, de forma a evitar situações de operação críticas que podem causar danos ao supercarregador turbo.

US 5.829.254 descreve um dispositivo de controle de pressão de supercarregamento, no qual a velocidade do turbocarregador de um motor a combustão interna para uma aeronave é controlada por meio de ajuste da abertura de válvula de portão de resíduos. No dispositivo de controle do motor a combustão interna, velocidade de fluxo de ar de entrada de um compressor turbocarregador, pressão de ar de entrada, temperatura do ar de entrada e razão ar-combustível do motor a combustão interna são detectados por meio de sensores correspondentes. Sob estas condições, é calculada a razão de pressão do compressor em que o turbocarregador é operado perto da velocidade máxima permissível. Ao mesmo tempo, a abertura da válvula de portão de resíduos é controlada de forma a obter a razão de pressão calculada. Desta forma, o turbocarregador é constantemente operado perto da velocidade máxima permissível.

O propósito da presente invenção é, portanto, de fornecer um dispositivo de controle da velocidade de rotação de um supercarregador turbo em motor a combustão interna que seja simples, barato e capaz de garantir que, em qualquer condição de operação do motor, a velocidade de rotação do supercarregador turbo κ · • · »

2/9 * · « · · · · · · • · · · ·» ·» · · · · · • · · · ♦ · · · · · sempre permanecerá abaixo de valor previamente definido.

Segundo a presente invenção, é fornecido no presente um método de controle da velocidade de rotação de um supercarregador turbo em motor a combustão interna conforme a reivindicação 1 e, preferencialmente, em qualquer das reivindicações subsequentes que dependem direta ou indiretamente da reivindicação 1.

Segundo a presente invenção, é fornecido um dispositivo de controle da velocidade de rotação de um supercarregador turbo em motor a combustão interna conforme a reivindicação 9 e, preferencialmente, em qualquer das reivindicações subseqüentes que dependem direta ou indiretamente da reivindicação 9.

A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos anexos, que ilustram um exemplo não limitador de suas realizações, nos quais:

a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de supercarregamento equipado com dispositivo de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo, segundo os ensinamentos da presente invenção;

- a Figura 2 exibe um diagrama de bloco de uma unidade de controle eletrônico compreendida no dispositivo ilustrado na Figura 1 para controlar a velocidade;

a Figura 3 exibe um mapa de operação do compressor que compreende um conjunto de curvas, cada uma das quais é associada a uma velocidade de rotação e representa a curva da razão de compressão do compressor em função da sua velocidade de fluxo de massa; e a Figura 4 exibe detalhe do mapa de operação do compressor, no qual dois limites são representados, um dos quais define uma área de inibição do controle de velocidade e o outro, uma área de limitação da velocidade.

Com referência à Figura 1, o número 1 designa, como um todo, um sistema de supercarregamento que possui a função de aumentar a potência mecânica desenvolvida por um motor 2 por meio da exploração da energia residual dos gases de exaustão produzidos pelo próprio motor 2.

O motor 2 compreende: um cano de entrada 3 projetado para absorver ar, ou qualquer fluido similar, do ambiente externo; um condutor 4 conectado ao cano de entrada 3 para receber o ar e fornecê-lo para os cilindros do motor 2; e uma válvula de gargalo 5, que é definida entre o cano de entrada 3 e o condutor 4 para regular o fluxo de entrada de ar fornecido na entrada para o motor 2. O motor 2 é ainda equipado com um cano de exaustão 6, através do qual os gases de exaustão gerados pelo motor 2 após a combustão são expelidos em direção ao ambiente externo.

Com referência à Figura 1, o sistema de supercarregamento compreende, por sua vez, um supercarregador 7, que compreende, por sua vez, uma turbina 8 que é definida ao longo do cano de exaustão 6 para girar em alta velocidade

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sob a ação dos gases de exaustão expelidos pelo motor 2, e um compressor 9 que é definido ao longo do cano de entrada 3 e é conectado mecanicamente à turbina 8 para que seja dirigido em rotação peta própria turbina 8, de forma a aumentar a pressão de ar fornecida no condutor 4, e assim causar o supercarregamento do motor 2.

O sistema 1 compreende um dispositivo 10 para controlar a velocidade de rotação do supercarregador turbo 7, que, por sua vez, compreende: um cano de passagem 11 conectado ao cano de exaustão 6 paralelamente à turbina 8, de forma a apresentar uma das suas extremidades conectadas para cima no fluxo e a outra para baixo no fluxo da própria turbina 8; uma válvula de regulagem, denominada a seguir válvula de portão de resíduos 12, que é definida ao longo do cano de passagem 11 para regular a velocidade de fluxo dos gases de exaustão fornecidos na entrada para a turbina 8; e um acionador 13 de tipo conhecido que possui a função de atuar mediante comando da válvula de portão de resíduos 12.

O dispositivo de controle 10 compreende ainda uma unidade de controle eletrônico 14, que possui a função de reger, por meio do acionador 13, a válvula de portão de resíduos 12 de forma a permitir que parte dos gases de exaustão expelidos pelo motor 2 atinja a parte terminal do cano de exaustão 6 diretamente, sem passar através da turbina 8, de forma a permitir o controle da velocidade de rotação da própria turbina 8.

Com referência à Figura 2, a unidade de controle eletrônico compreende basicamente uma unidade de cálculo 15, que recebe na entrada: um sinal correlacionado à velocidade de fluxo de massa Q_Ah do compressor 9, determinada por meio de estimativa ou medida da massa de ar que atravessa o próprio compressor 9 por unidade de tempo; um sinal correlacionado a velocidade limite previamente definida

N_(c do supercarregador turbo 7, além da qual este último entra em condição crítica; e a temperatura T_Amb do ar medida acima no fluxo do compressor 9.

A unidade de cálculo 15 calcula, em função dos parâmetros Qah, Tamb e N_tc recebidos na entrada e com base em mapa previamente definido que caracteriza a operação do compressor 9 (descrito em detalhes a seguir), pressão limite de supercarregamento S_P1 correlacionada à pressão que pode ser obtida na saída do compressor 9 quando a turbina 8 for ligada sob velocidade substancialmente igual à velocidade limite previamente definida N_tc. Em outras palavras, a pressão limite de supercarregamento S_P1 indica a pressão máxima de supercarregamento que pode ser atingida na saída do compressor 9, cujo excesso corresponde à velocidade de rotação do supercarregador turbo 7 mais alta que a velocidade limite previamente definida N_te que pode ser suportada pelo próprio supercarregador turbo 7.

A unidade de controle eletrônico 14 compreende ainda uma unidade de comparação 16, que recebe na entrada a pressão limite de » * · » · · * • · «· · « • #

4/9 supercarregamento S_Pi e pressão objetiva P_0Bl que indica o valor da pressão de supercarregamento que, com base em mapa objetivo do motor (conhecido e não ilustrado) e um conjunto de parâmetros de operação do motor (tais como rpm do motor, eficiência de entrada do motor etc.), é solicitado ao sistema 1 abaixo no fluxo do compressor 9, ou seja, na entrada para o motor 2.

Particularmente, a unidade de comparação 16 é capaz de verificar se a pressão objetiva P_Ob satisfaz ou não uma dada relação (descrita em detalhes a seguir) com a pressão limite de supercarregamento S_P1 e gera na saída um sinal que contém pressão de comando P_EC à qual é atribuída, segundo o resultado da mencionada verificação, a pressão limite de supercarregamento Spi (Pec ⁼ Spi) ou, alternativamente, a pressão objetiva P_Ob (Pec = Pob).

A unidade de controle eletrônico 14 compreende ainda uma unidade de direcionamento 17, que recebe na entrada o sinal que contém a pressão de comando Pec © gera, segundo esta última, um sinal Swg Que rege, por meio do acionador

13, a válvula de portão de resíduos 12 de forma a regular a pressão dos gases de exaustão fornecidos na entrada para a turbina 8, para assim aumentar/reduzir a velocidade de rotação da turbina 8 e do compressor 9, de forma a fazer com que a pressão de comando P_EC no cano de entrada 3 seja atingida abaixo no fluxo do compressor 9.

Com referência à Figura 2, a unidade de cálculo 15 é capaz de gerar a pressão limite de supercarregamento S_Pi com base em mapa de operação previamente determinado, que contém uma série de curvas de operação características do compressor 9, denominadas a seguir C, (em que i varia de 1 a n), cada uma das quais é associada a uma velocidade constante dada V,_c e gera a razão de compressão R_P entre a pressão do ar na saída P_o para o compressor 9 e a pressão de ar Pamb fornecida na entrada do próprio compressor 9 em função da sua velocidade de fluxo de massa QahParticularmente, a unidade de cálcuio 15 é projetada para processar o mapa de operação previamente determinado para identificar a curva de operação característica Cj associada à velocidade V_tc que corresponde à velocidade limite

N_tc e determina, por meio da curva Cj identificada e em função da velocidade de fluxo de massa Qah, a razão máxima de compressão R_M do compressor 9. Após a determinação da razão máxima de compressão Rm, a unidade de cálculo 15 é capaz de determinar, segundo a pressão P_Amb do ar medida na entrada para o compressor 9, o limite de supercarrgamento S_P1 a ser fornecido na entrada para a unidade de comparação 16. No caso em questão, a unidade de cálculo 15 é projetada para determinar o limite de supercarregamento S_P1 multiplicando-se a razão máxima de compressão Rm pela pressão do ar Pamb (S_Pi = Rm* Pamb).

Dever-se-á observar que o mapa de operação previamente

5/9 ··»·· ··*··*» » « · » · ♦ · · · · « · · · · · «· · · «· · · · 4 · · · · · » · * » »» * · » · »ft * determinado e as curvas de operação C, correspondentes do compressor 9 são determinadas em uma etapa de teste e calibragem do supercarregador turbo 7, durante a quai as quantidades físicas de interesse, ou seja, a velocidade de rotação V_to, a velocidade de fluxo de massa Q_Ah θ a razão de compressão R_M são medidas e determinadas em condição de referência caracterizada por temperatura de referência T_R|_Fe pressão de referência P_R)F. No caso em questão, o mapa de operação previamente determinado e as curvas de operação C_r correspondentes são tipicamente fornecidos em forma “normalizada”, para permitir a determinação dos parâmetros mencionados acima em qualquer condição de operação do supercarregador turbo 7 além da condição de referência.

Com referência ao exemplo ilustrado nas Figuras 3 e 4, o mapa de operação 15a armazenado na unidade de cálculo 15 e os parâmetros correspondentes são preferencial mas não necessariamente “normalizados” com relação às condições de referência previamente definidas adotadas nas medições tomadas durante o teste e a calibragem do supercarregador turbo 7. Particularmente, as curvas Cj do mapa de operação 15a são “normalizadas¹’, ou seja, são indicadas como as condições de referência previamente definidas (P_RiF e T_Rj_F) para permitir a determinação da razão de compressão Rp em qualquer condição de operação do supercarregador turbo 7 diferente da condição de referência previamente definida.

Em maiores detalhes, cada curva Cj do mapa de operação “normalizado” ilustrado nas Figuras 3 e 4 é associada a velocidade reduzida V_tocalculada utilizando a relação a seguir. .a) Vtcr = Vtc ★ 1^enquanto a velocidade de flu$J^Bde massa Q_Ah é normalizada utilizando a relação a seguir; _

b) Q_abr = Q_m * H . em que:

Qahr é a velocicracfê^Fde fliOT de massa reduzida do compressor 9; dever-se-á indicar que a velocidade de fluxo de massa Q_AH pode ser estimada de forma conhecida com base em um conjunto de parâmetros de operação do motor, ou pode ser medida por meio de medidor de fluxo 19 definido no cano de entrada 3, preferencialmente acima no fluxo do compressor 9; e

Ραμβ θ T_AMB são, respectivamente, a pressão e a temperatura do ar no cano de entrada 3, que podem ser medidas preferencialmente por meio de sensores correspondentes 20a e 20b localizados em posições correspondentes ao próprio cano de entrada 3 acima no fluxo do compressor 9.

Com referência ao exemplo ilustrado nas Figuras 2, 3 e 4, a unidade de cálculo 15 compreende basicamente um módulo de cálculo 21, que recebe na entrada a velocidade de fluxo de massa Q_AH, a pressão P_AMB e. preferencialmente, a • · · · • · · · • · · ·

6/9 β · fl fl fl « « • · · · · · fl fl · · · « temperatura T_AMB do ar medido acima no fluxo do compressor 9, a pressão de referência Prif e a temperatura de referência T_R,_F associada às curvas C_s do mapa prevíamente determinado 15a e fornece na saída a velocidade de fluxo de massa reduzida Qahr determinada por meio da aplicação da relação b) que aparece acima.

A unidade de cálculo 15 compreende ainda um módulo de cálculo 22, que recebe na entrada a velocidade limite previamente definida N_tc, preferencialmente as temperaturas T_AMB e Trif^&Aprojetado para implementar a relação;

N_t« = N_tc * a fim de fornecer nóíesultado velocidade limite reduzida N_tcrnormalizada com relação à condição de referência.

Com referência à Figura 2, a unidade de cálculo 15 compreende ainda um módulo de processamento 23, que recebe na entrada a velocidade limite reduzida N_tcr e a velotidade de fluxo de massa reduzida Qahr θ fornece na saída a pressão limite de supercarregamento Spi e um sinal Awg que contém um comando para permitir/impedir o controle da válvula de portão de resíduos 12 pelo sistema 1 (descrito a seguir).

Particularmente, no exemplo ilustrado na Figura 2, o módulo de processamento 23 compreende um bloco de processamento 24, que contém o mapa prevíamente determinado 15a na forma “normalizada” e é projetado para determinar no próprio mapa a curva Cj associada à velocidade reduzida V_tcr correspondente à velocidade limite reduzida N_tcr.

Em maiores detalhes, com referência à Figura 4, após a identificação da curva Cj correspondente à velocidade limite reduzida N_ter, o bloco de processamento 24 determina, em função da velocidade de fluxo de massa reduzida Qahr, razão máxima de compressão R_M e a fornece na saída.

Com referência à Figura 2, o módulo de processamento 23 compreende ainda, preferencial mas não necessariamente, um bloco de cálculo 26, que recebe na entrada a razão máxima de compressão R_M e subtrai desta última primeiro limite de segurança ACi para determinar razão limite de compressão R_PL (Rpl = Rm 30

AC,).

Dever-se-á observar que o primeiro limite de segurança Δ^ é estabelecido de forma a determinar “área limite de operação” do compressor 9, dentro da qual o dispositivo de controle 10 intervém sobre a válvula de portão de resíduos 12 para limitar a velocidade de rotação do supercarregador turbo 7. A área limite de operação é representada esquematicamente na Figura 4 e é delimitada no topo pela curva C que apresenta velocidade V_tcr que corresponde à velocidade limite reduzida N_tcf e no fundo por uma curva associada ao primeiro limite de segurança ACi (representado com linha tracejada). É, portanto, evidente que a regulagem do primeiro limite de

7/9 · · ·· · · ·· ·>·· · • · ·· ·· ·· · » ··· · • · · · ·· · · ·· ·· · segurança ACi permite convenientemente a definição da velocidade limite de rotação atribuída ao supercarregador turbo 7.

O módulo de processamento 23 compreende ainda um bloco de cálculo 27, que recebe na entrada a razão limite de compressão Rp_L e a pressão Pamb e fornece na saída a pressão limite de supercarregamento S_Pi. No caso em questão, o bloco de cálculo 27 calcula a pressão limite de supercarregamento Sn utilizando a relação a seguir: S_Pi = R_PL * Pamb

Com referência à Figura 2, o módulo de processamento 23 compreende ainda um bloco de desativação 28, que recebe na entrada a razão máxima de compressão R_M, a pressão Pamb, pressão P_UTn correspondente à pressão do ar medida abaixo no fluxo do compressor 9 por meio de um sensor 29 definido em posição correspondente à válvula de gargalo 5 e segundo limite de segurança previamente definido AC₂ (representado na Figura 4) e fornece na saída o sinal A^g que contém o comando para permitir/inibir o supercarregamento.

Particularmente, o bloco de desativação 28 é projetado para desempenhar as operações a seguir: determinação de razão de compressão eficaz R_E = Puth/Pamb correspondente à razão entre a pressão Puth medida na saída do compressor 9 e a pressão Pamb medida na entrada para o compressor 9; subtração da razão de compressão máxima calculada R_M do segundo limite de segurança AC₂, a fim de determinar razão de compressão de desativação R_D =(Rm - AC₂); e verificação de se a razão de compressão efetiva R_e satisfaz ou não relação previamente definida de comparação com a razão de compressão de desativação R_o. No caso em questão, caso a razão de compressão efetiva R_E seja maior ou igual à razão de compressão de desativação R_D (R_E > Rd), o bloco de desativação 28 codifica no sinal Awq um comando de desativação da válvula de portão de resíduos 12 (que causa redução total ou parcial do supercarregamento), enquanto, caso a razão de compressão efetiva R_E seja mais baixa que a razão de compressão de desativação R_D, o bloco de desativação 27 codifica no sinal Awg um comando que causa a ativação do controle da válvula de portão de resíduos 12 (condição de controle de supercarregamento).

Em maiores detalhes, o bloco de desativação 28 fornece o sinal Awg para a unidade de direcionamento 17 que, no caso em que o sinal Awg codifica o comando de ativação, rege a válvula de portão de resíduos 12 segundo a pressão de comando P_EC de forma a controlar a velocidade de rotação do supercarregador turbo 7 (conseqüentemente mantendo ativo o supercarregamento).

Se, por outro lado, o sinal Awq codificar o comando de desabilitação, a unidade de direcionamento 17 entra em condição de inibição com relação a reger a válvula de portão de resíduos 12. Neste último caso, a válvula de portão de resíduos 12 pode entrar automaticamente em condição operativa previamente

8/9 * a ♦ · · »»«»·· t · « ·« ·«· a a a a · a a · · •a · · · a a · · « · · a · a • a a * ♦ * a « * * » ♦ * definida, na qual o supercarregamento é reduzido parcial ou completamente. Mediante a instalação da condição de inibição, por exemplo, o sistema de supercarregamento 1 pode interromper o controle eletrônico da válvula de portão de resíduos 12 e considerar seu controle de tipo tradicional, tal como controle “mecânico”, no qual o acionador 13, sob a pressão de ar gerada na saída do cano de entrada 3, aciona a válvula de portão de resíduos 12 quando a pressão atingida abaixo no fluxo do compressor 9 exceder limite previamente definido. Exceder o mencionado limite de pressão, de fato, causa controle mecânico do acionador 13, que aciona a válvula de portão de resíduos 12, de forma a causar limitação da velocidade da turbina 8 e redução correspondente do supercarregamento.

No relatório descritivo acima, dever-se-á observar que o segundo limite de segurança áC₂ é estabelecido de forma a determinar “área de desativação” do supercarregador turbo 7, dentro da qual o dispositivo de controle 10 intervém sobre a válvula de portão de resíduos 12 para reduzir parcial ou completamente o supercarregamento do motor 2. A área de desativação é representada esquematicamente na Figura 4 e é delimitada no topo pela curva Cj correspondente à velocidade limite reduzida V_tcr = N_tcr e no fundo por uma curva associada ao segundo limite de segurança AC₂ (representado com linha tracejada e pontilhada). É conseqüentemente evidente que a regulagem do segundo limite de segurança AC₂ possibilite convenientemente o estabelecimento da intervenção para desabilitar o supercarregamento do dispositivo de controle 10.

No relatório descritivo acima, dever-se-á observar que o primeiro limite de segurança AC_t e/ou o segundo limite de segurança AC₂ podem assumir valor constante ou podem variar independentemente em função de um conjunto de parâmetros associados ao ar absorvido pelo compressor 9, tais como a temperatura T_AMB, a velocidade de fluxo de massa Q_Ah, a pressão P_AMb θ a pressão Puth e/ou ^em função de um ou mais parâmetros de operação do motor, tais como a pressão do condutor 4, a temperatura do óleo do motor, a temperatura do óleo do supercarregador turbo 7, a temperatura do resfriador do motor, rpm do motor etc.

Com relação à unidade de comparação 16, esta compara a pressão objetiva necessária P_OB com a pressão limite de supercarregamento S_Pi e atribui à pressão de comando P_Ec. segundo os resultados da comparação, a pressão objetiva Pob ou a pressão limite de supercarregamento S_P1. No caso em questão, no exemplo ilustrado, caso a pressão objetiva P_Ob necessária seja menor ou igual à pressão limite de supercarregamento $_P-t, a unidade de comparação 16 atribui a pressão de comando P_Ec a pressão objetiva P_Ob- Neste caso, a unidade de direcionamento 17, após receber na entrada a pressão objetiva P_0B, regula a velocidade do supercarregador turbo 7 de forma a atingir supercarregamento correspondente à própria pressão objetiva P_Ob·

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Se, por outro lado, a pressão objetiva Pob necessária for mais alta que a pressão limite de supercarregamento S_Pi, a unidade de comparação 16 atribui à pressão de comando P_Ec a pressão limite de supercarregamento S_P1. Neste caso, a unidade de direcionamento 17, após receber a pressão limite de supercarregamento S_P1, limita a velocidade de rotação do supercarregador turbo 7 a um valor correspondente à velocidade máxima previamente definida N_te, mantendo desta forma pressão (imite de supercarregamento S_P1 abaixo no fluxo do compressor 9.

No relatório descritivo acima, deve-se observar que o dispositivo de controle 10 pode apresentar-se sem o sensor 20b para medição da temperatura T_AMb θ gue a velocidade de fluxo de massa reduzida Q_AHr pode ser “parcialmente normalizada com base na razão entre as pressões P_Rj_F/P_Amb, sem considerar a razão entre as temperaturas Tamb e T_R(F. Neste caso, é convenientemente possível “compensar” a normalização “parcial” e, desta forma, garantir uma dada margem de segurança na limitação da velocidade máxima, por meio de variação apropriada do primeiro limite de segurança AC_q e/ou do segundo limite de segurança AC₂.

O dispositivo de controle 10 do sistema de supercarregamento 1 apresenta a vantagem de ser de produção simples e barata, pois não necessita de nenhum dispositivo de medição adicional, tal como sensores de medição de velocidade instalados no supercarregador turbo 7 para medir a sua velocidade de rotação, mas utiliza os sensores tipicamente presentes em sistemas de controle de supercarregamento e de motores tradicionais. Além disso, o dispositivo de controle 10 apresenta a vantagem de garantir limitação da velocidade de rotação do supercarregador turbo à medida que variam as condições ambientais e/ou o estado da operação do motor.

Por fim, fica claro que podem ser feitas modificações e variações do dispositivo de controle descrito e ilustrado no presente, sem com isso abandonar o escopo da presente invenção definido nas reivindicações anexas.

Particularmente, segundo variante (não ilustrada), o mapa de operação do supercarregador turbo pode ser associado a um dado limite de velocidade que “não é reduzido”, ou seja, não é normalizado com relação à temperatura de referência T_R|_F, enquanto cada curva Cj do próprio mapa pode ser associada a uma dada temperatura T do ar na entrada para o compressor 9 e fornece o gráfico da razão de compressão R_P em função da velocidade de fluxo de massa reduzida Q_AHR. Neste caso, a unidade de cálculo 15 não contém o bloco de cálculo 22 e o bloco de cálculo 24 determina a curva Cj a ser utilizada para o cálculo da razão máxima de compressão R_Mem função da temperatura T_AMB do ar.

1/5

Claims

Reivindicações

1. Método (1) de controle da velocidade de rotação de supercarregador turbo (7) em motor a combustão interna (2) que compreende: um compressor (9), uma turbina (8) para dirigir o compressor (9) em rotação sob ação dos

5 gases de exaustão do motor (2); e uma válvula de portão de resíduos (12) para regular a velocidade de fluxo dos gases de exaustão fornecidos na entrada para a turbina (8) para controlar a velocidade de rotação da própria turbina (8) em função de pressão de supercarregamento objetiva (POB) que indica o valor da pressão de supercarregamento que, com base em mapa objetivo do motor e de um conjunto de parâmetros do motor, é

10 solicitado na saída do mencionado compressor (9), em que o mencionado método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

estabelecimento de velocidade limite de rotação (Ntc) do supercarregador turbo (7); e durante o controle da velocidade de rotação da

15 turbina (8) realizado por meio da mencionada válvula de portão de resíduos (12), implementação das etapas a seguir:

medição da pressão (PAMB) do ar absorvido na entrada pelo compressor (9);

determinação da velocidade de fluxo de massa

20 (QAH) do compressor (9);

cálculo, por meio de mapa previamente determinado (15a) que caracteriza a operação do compressor (9) e em função da velocidade limite de rotação previamente definida (Ntc), da pressão de ar medida (PAMB) e da velocidade de fluxo de massa (QAH), de pressão limite de supercarregamento (SP1) que é

25 correlacionada à pressão do ar que pode ser obtida na saída do compressor (9) quando a turbina (8) for ligada sob velocidade substancialmente igual â mencionada velocidade limite previamente definida (Ntc);

verificação de se a pressão de supercarregamento objetiva necessária (POB) satisfaz relação previamente definida com a mencionada

30 pressão limite de supercarregamento calculada (SP1); e caso a mencionada relação seja satisfeita, acionamento da mencionada válvula de portão de resíduos (12) para controlar a velocidade de rotação da turbina (8) em função da pressão limite de supercarregamento (SP1), de forma a limitar a velocidade de rotação do mencionado supercarregador turbo

35 (7) a um valor substancialmente igual à mencionada velocidade limite previamente definida (Ntc).
2. Método conforme a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado mapa previamente determinado (15a) compreende uma • ·· ·· · · ··· · · • ·· ·· · ·· ··

2/5 série de curvas de operação características (Ci), cada uma das quais é associada a velocidade de operação correspondente (Vtc) do compressor (9) e é projetada para gerar razão máxima de compressão (RM) do próprio compressor (9) em função da sua velocidade de fluxo de massa (QAH) e da velocidade limite previamente definida (Ntc); a mencionada etapa de cálculo da pressão limite de supercarregamento (SP1) compreende a etapa de identificação, no mencionado mapa previamente determinado (15a), da curva de operação característica (Ci) associada a um valor de velocidade (Vtc) correspondente à velocidade limite previamente definida (Ntc).
3. Método conforme a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado mapa previamente determinado (15a) compreende uma série de curvas de operação características (Ci), cada uma das quais é associada a uma única velocidade (Vtc) de rotação do compressor (9), cada uma delas é correlacionada a temperatura correspondente (T) do ar na entrada do compressor (9) e é projetada para gerar razão máxima de compressão (RM) do próprio compressor (9) em função da sua velocidade de fluxo de massa (QAH) e da temperatura (TAMB) do ar medida na entrada para o compressor (9); a mencionada etapa de cálculo da pressão limite de supercarregamento (SP1) compreende a etapa de identificação de curva de operação característica (Ci) associada a uma temperatura (T) correspondente à temperatura ambiente (TAMB) medida acima no fluxo do mencionado compressor (9).
4. Método conforme qualquer das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a mencionada etapa de cálculo da pressão limite de supercarregamento (SP1) compreende as etapas de determinação de razão máxima de compressão (RM) por meio da curva de operação (Ci) característica identificada e em função da mencionada velocidade de fluxo de massa (QAH); e cálculo da mencionada pressão limite de supercarregamento (SP1) em função da mencionada razão máxima de compressão (RM) e da mencionada pressão medida (PAMB) do ar.
5. Método conforme qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de estabelecimento de primeiro limite de segurança (AC1) e que a mencionada etapa de determinação de razão máxima de compressão (RM) compreende a etapa de determinação de razão limite de compressão (RPL) calculando-se a diferença entre a mencionada razão máxima de compressão (RM) e o mencionado primeiro limite de segurança (AC1); em que a mencionada pressão limite de supercarregamento (SP1) é determinada em função da razão limite de compressão (RPL) e da pressão do ar (PAMB) medida na entrada para o compressor (9).
6. Método conforme qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de estabelecimento de segundo limite de segurança (AC2), medição da pressão do ar (PUTH) fornecida na saída

3/5 do compressor (9), determinação de razão de compressão efetiva (RE) entre as pressões medidas na saída (PUTH) de e, respectivamente, na entrada para o compressor (9), determinação de razão de compressão de desativação (RD) em função da diferença entre a mencionada razão máxima de compressão (RM) e o mencionado segundo limite

5 de segurança (AC2), verificação de se a mencionada razão de compressão efetiva (RE) satisfaz ou não relação previamente definida de comparação com a razão de compressão de desativação (RD) e desabilitação ou não do controle da mencionada válvula de portão de resíduos (12) segundo o resultado da mencionada verificação.
7. Método conforme a reivindicação 6, caracterizado
10 pelo fato de que cada um dos mencionados primeiro e/ou segundo limites de segurança (AC1, AC2) pode assumir valor constante previamente definido ou pode variar em função de um ou mais parâmetros (TAMB, QAH, PAMB, PUTH) correlacionados ao ar absorvido pelo compressor (9) e/ou em função de um ou mais parâmetros de operação do motor (2).

15 8. Método conforme qualquer das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo fato de que as curvas características (Ci) do mapa de operação previamente determinado (15a) e os parâmetros correspondentes (Vtcr, QAHR) que caracterizam as mencionadas curvas são normalizados com relação a pressão de referência (PRIF) e/ou temperatura de referência (TRiF); em que a mencionada etapa de

20 cálculo da pressão limite de supercarregamento (SP1) compreende as etapas de identificação da curva de operação (Ci) correspondente a velocidade limite normalizada previamente definida (Ntcr) e determinação, com base na curva (Ci) identificada, de razão máxima de compressão (RM) em função de velocidade de fluxo de massa normalizada (QAHR).

25 9. Dispositivo (10) de controle da velocidade em motor a combustão interna que compreende: um compressor (9); uma turbina (8), projetada para dirigir o mencionado compressor (9) em rotação sob a ação dos gases de exaustão do motor (2); e uma válvula de portão de resíduos (12), projetada para regular a velocidade de fluxo dos gases de exaustão fornecidos na entrada para a turbina (8); em

30 que o mencionado dispositivo de controle compreende uma unidade de controle (14) projetada para reger a mencionada válvula de portão de resíduos (12) para controlar a velocidade de rotação da turbina (8) em função de pressão de supercarregamento objetiva (POB) que indica o valor da pressão de supercarregamento que, com base em mapa objetivo do motor e de um conjunto de parâmetros do motor, é solicitado na saída

35 do mencionado compressor (9); em que o mencionado dispositivo de controle (10) é caracterizado pelo fato de que compreende:

primeiros meios sensores (20a) para medir a pressão de ar (PAMB) na entrada para o mencionado compressor (9);

4/5 e pelo fato de que a mencionada unidade de controle (14) compreende:

uma unidade de cálculo (15), que recebe na entrada um conjunto de parâmetros que compreende velocidade limite previamente definida (Ntc),

5 a mencionada pressão do ar (PAMB) medida na entrada para o compressor (9) e a velocidade de fluxo de massa (QAH) do mencionado compressor (9) e é projetada para processar os mencionados parâmetros para determinar, por meio de mapa previamente determinado (15a) que caracteriza a operação do compressor (9), pressão limite de supercarregamento (SP1) correlacionada à pressão de ar que pode ser obtida na saída

10 do compressor (9) em condição na qual a turbina (8) gira sob velocidade substancialmente igual à velocidade limite máxima previamente definida (Ntc);

uma unidade de comparação (16), projetada para verificar se a pressão de supercarregamento objetiva necessária (POB) satisfaz relação previamente definida com a mencionada pressão limite de supercarregamento calculada

15 (SP1); e uma unidade de direcionamento (17) que, caso a mencionada relação previamente definida seja satisfeita, é projetada para reger a mencionada válvula de portão de resíduos (12) para controlar a velocidade da turbina (8) em função da pressão limite de supercarregamento (SP1), de forma a limitar a velocidade

20 de rotação do mencionado supercarregador turbo (7) a um valor substancialmente igual à mencionada velocidade limite prevíamente definida (Ntc).

10. Dispositivo conforme a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a mencionada unidade de cálculo (15) compreende primeiros meios de cálculo (24) que contêm o mencionado mapa previamente

25 determinado (15a) que, por sua vez, compreende uma série de curvas de operação (Ci), cada uma das quais é associada a velocidade previamente definida (Vtc) e é projetada para gerar razão máxima de compressão (RM) do compressor (9) em função da sua dada velocidade de fluxo de massa (QAH) e em função da mencionada velocidade limite (Ntc); em que os mencionados primeiros meios de cálculo (24) são projetados para identificar a

30 curva de operação (Ci) associada a velocidade previamente definida (Vtc) que corresponde à velocidade limite previamente definida (Ntc).
11. Dispositivo conforme a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a mencionada unidade de cálculo (15) compreende primeiros meios de cálculo (24) que contêm o mencionado mapa previamente

35 determinado (15a) que, por sua vez, compreende uma série de curvas de operação (Ci), que são associadas a uma e única velocidade (Vtc) de rotação do compressor (9), cada uma é correlacionada a uma temperatura correspondente (T) do ar na entrada do compressor (9) e é projetada para gerar razão máxima de compressão (RM) do próprio

5/5 • 44 · * ·· • · 4 compressor (9) em função da sua velocidade de fluxo de massa (QAH) e da temperatura do ar (TAMB) medida acima no fluxo do mencionado compressor (9); em que os mencionados primeiros meios de cálculo (24) são projetados para identificar a curva de operação (Ci) associada a temperatura (T) correspondente à temperatura ambiente

5 (TAMB) medida acima no fluxo do mencionado compressor (9).
12. Dispositivo conforme qualquer das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que os mencionados primeiros meios de cálculo (28) são projetados para determinar, com base na curva (Ci) identificada, razão máxima de compressão (RM) em função da mencionada velocidade de fluxo de massa (QAH), de

10 forma a calcular a mencionada pressão limite de supercarregamento (SP1) em função da mencionada razão máxima de compressão (RM) e da mencionada pressão de ar medida (PAMB).
13. Dispositivo conforme a reivindicação 12, caracterizado peio fato de que a mencionada unidade de cálculo (15) compreende

15 segundos meios de cálculo (26) que recebem na entrada primeiro limite de segurança previamente definido (ΔΟ) e são projetados para determinar razão limite de compressão (RPL) em função da diferença entre a mencionada razão máxima de segurança (RM) e o mencionado primeiro limite de segurança (AC1); e terceiros meios de cálculo (27) projetados para determinar a mencionada pressão limite de supercarregamento (SP1) em

20 função da mencionada razão limite de compressão (RPL) e da mencionada pressão medida (PAMB) do ar na entrada para o compressor (9).
14. Dispositivo conforme qualquer das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende:

segundos meios sensores (29), projetados para

25 medir pressão do ar (PUTH) presente na saída do compressor (9);

meios de desativação (28) que recebem na entrada um conjunto de parâmetros que contém segundo limite de segurança previamente definido (AC2) e a mencionada pressão do ar (PUTH), medida na saída do compressor (9); em que os mencionados meios de desativação (28) são projetados para: determinar

30 razão de compressão eficaz (RE) entre a pressão do ar (PUTH) medida na saída do mencionado compressor (9) e a pressão do ar (PAMB) medida na entrada para o mencionado compressor (9); determinar razão de compressão de desativação (RD) em função da diferença entre a mencionada razão máxima de compressão (RM) e o mencionado segundo limite de segurança (AC2); e verificar se a mencionada razão de

35 compressão efetiva (RE) satisfaz ou não relação previamente definida de comparação com a razão de compressão de desativação (RD), de forma a desabilitar ou não o controle da mencionada válvula de portão de resíduos (12) segundo o resultado da mencionada verificação.

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