BRPI0609245A2 - dispositivo para o fornecimento de ar fresco de um motor de combustão interna a pistão com turbopropulsão e processo para a operação do mesmo - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO PARA O FORNECIMENTO DE AR FRESCO DE UM MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA A PISTãO COM TURBOPROPULSãO E PROCESSO PARA A OPERAçãO DO MESMO. Dispositivo e processo para o fornecimento de ar fresco de um motor de combustão interna a pistão com turbopropulsão (2), com uma seção de duto de gás fresco (8) sob a forma de tubo de sucção, o qual apresenta uma báscula regulável (60) e uma primeira conexão terminal (10) para a entrada de fluxo, entre as quais, na parede tubular (58), é previsto um eixo (59) apoiado pivotavelmente para a báscula regulável (60), que, para a regulagem, está acoplada a um dispositivo de regulagem (66), em que, entre a báscula (60) e a segunda conexão terminal (9), uma conexão de ar comprimido (42) com abertura (67) desemboca no compartimento interno tubular (57), em que a conexão de ar comprimido (42) coopera com um dispositivo regulador de quantidades (68) que apresenta uma válvula (70) com uma posição bloqueada e posições abertas quaisquer, dispositivo este que pode ser comandado por meio de uma entrada elétrica (69) que se acha conectada ã conexão (39) de uma unidade de controle eletrónico (38), em que o dispositivo de regulagem (66) da báscula (60) encontra-se acionado de modo forçado pelo dispositivo regulador de quantidades (68) e/ou pela unidade de controle elétrica (38) de um modo tal que a uma posição totalmente aberta da báscula (60) acha-se combinada uma posição totalmente bloqueada do dispositivo regulador de quantidades (68).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVOPARA O FORNECIMENTO DE AR FRESCO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA A PISTÃO COM TURBOPROPULSÃO E PROCESSOPARA A OPERAÇÃO DO MESMO".
A presente invenção refere-se a um dispositivo para o fornecimento de ar fresco de um motor de combustão interna a pistão com turbo-propulsão, com uma seção de duto de gás fresco servindo de tubo de sucção, o qual apresenta uma báscula regulável e uma primeira conexão terminal para a entrada de fluxo, bem como uma segunda conexão terminal para a saída de fluxo, entre as quais, na parede tubular, é previsto um eixo apoiado pivotavelmente para a báscula regulável, que, para a regulagem, estáacoplada a um dispositivo de regulagem, sendo que, entre a báscula e a segunda conexão terminal, uma conexão de ar comprimido com abertura desemboca no compartimento interno tubular.
Além disso, a invenção também se refere a um processo para aoperação desse dispositivo.
Uma propriedade conhecida do motor de combustão interna apistão com turbopropulsão é que este, ao se acelerar no veículo, só reagecom um certo retardamento porque o turbopropulsor só pode aumentar lentamente a quantidade de ar fornecida, fato este que é chamado de TurboLag na trajetória do momento de rotação.
Da DE-PS-39 06 312 se depreende um método e uma construção para a diminuição, respectivamente encurtamento, do Turbo Lag, sendoque durante a aceleração do motor a diesel, uma determinada quantidade dear proveniente do reservatório de ar comprimido é insuflado para dentro dotubo de sucção, e para tanto a quantidade de injeção de combustível é adaptada. O motor a diesel com turbopropulsão é particularmente apropriado para ônibus urbanos com caixa de mudanças automática e instalação de freioa ar comprimido. Os ônibus urbanos desempenham um determinado ciclo deviagens, na medida em que o esforço de carga e o processo de número derotações do motor a diesel pode ser prognosticado com precisão, e então épossível predeterminar o tempo de insuflação e a quantidade de ar. Condi-ções totalmente diferentes são empregadas em veículos automotores utilitários, que são empregados em tráfego de longa distância. Estes não percorrem ciclos de viagem regulares, e a carga útil varia entre limites amplos e omodo de dirigir do motorista pode apresentar grandes diferenças. Essesproblemas não podem ser resolvidos por meio da construção e do métodoacima.
O objetivo da presente invenção é criar um dispositivo e um processo, com os quais é possível adaptar a insuflação de ar ao modo de rodagem e à carga útil do veículo, sendo que o dispositivo pode ser instaladocomo uma unidade de montagem em diferentes sistemas de condução degás fresco de motores a diesel.
Esse objetivo é alcançado a partir de um dispositivo de acordocom o preâmbulo da reivindicação 1 em conjunto com suas característicasapresentadas na parte caracterizante. Do ponto de vista da técnica processuai, o objetivo é alcançado por meio da reivindicação 5. As reivindicaçõesdependentes respectivamente referenciadas reproduzem desdobramentosvantajosos da invenção.
A vantagem da invenção resulta do fato de que uma báscula noduto de gás fresco é acionada sob controle eletrônico, ou seja, não automaticamente por meio da pressão do ar fresco como no estado da técnica mencionado no início, e de que o acionamento da unidade de controle é detectado e é processado eletronicamente, em função da pressão do gás fresco e,de preferência, dos parâmetros do motor.
De acordo com a invenção, a conexão de ar comprimido é provida de um dispositivo regulador de quantidades que possui uma válvula, aqual apresenta uma posição bloqueada e posições abertas quaisquer; o dispositivo regulador de quantidades apresenta, ainda, uma entrada elétrica/eletrônica que se encontra conectada à saída de uma unidade de controleeletrônico, sendo que à segunda saída da unidade de controle eletrônico acha-se conectada a entrada do dispositivo de regulagem da báscula, de talmodo que à posição totalmente aberta da báscula encontra-se alocada umaposição totalmente bloqueada do dispositivo regulador de quantidades.De preferência, às entradas da unidade de controle eletrônicoencontram-se conectadas as seguintes saídas:
saída do primeiro sensor de pressão, cujo medidor de pressãoestá disposto no compartimento interno tubular entre a báscula e a primeiraconexão terminal para a entrada de fluxo; saída do segundo sensor de pressão, cujo medidor de pressão está disposto no compartimento interno tubularentre a báscula e a segunda conexão terminal para a saída de fluxo.
Segundo uma forma de execução vantajosa da invenção, na unidade de controle eletrônico, o sinal de solicitação de momento de rotaçãopode ser proveniente das seguintes fontes: acelerador, regulagem do deslizamento de acionamento, Tempomat, programa de estabilização elétrico,sistema de assistência ao motorista ou outros sistemas que forneçam aosistema de controle do motor uma solicitação externa de momento de rotação.
Segundo uma outra forma de execução vantajosa da invenção,para o acionamento direto pela unidade de controle eletrônico, o dispositivode regulagem da báscula também é configurado como sensor de detecçãode posição.
A invenção também se refere a um processo para aperfeiçoar ocomportamento de aceleração e de emissão de um motor de combustão interna a pistão de um veículo, especialmente de um motor a diesel com turbopropulsão, sendo que o seu dispositivo para o fornecimento de ar fresco éprovido de um reservatório de ar comprimido, onde se acha armazenado oar comprimido para a insuflação regulada temporária para dentro do duto desucção do cilindro de motor.
De acordo com a invenção, o processo contém as seguintes etapas:
- detecção do sinal de solicitação de momento de rotação e fornecimento dos dados à unidade de controle eletrônico;
- detecção dos valores característicos motrizes e fornecimentodos valores à unidade de controle eletrônico;
- detecção da posição da báscula e fornecimento dos valores àunidade de controle eletrônico;
- detecção da pressão de ar no compartimento interno da seçãode duto de gás fresco entre a primeira conexão terminal e a báscula, respectivamente entre a segunda conexão terminal e a báscula, e fornecimento dosvalores de pressão à unidade de controle eletrônico;
- detecção da pressão de ar no compartimento interno do dutode sucção entre a válvula de entrada de cilindro e a báscula e fornecimentodo valor de pressão à unidade de controle eletrônico, bem como detecção dapressão de ar no compartimento interno do duto de sucção entre a báscula eo turbocompressor e fornecimento do valor de pressão à unidade de controleeletrônico;
- processamento dos dados e valores de medição acima na unidade de controle eletrônico para a produção de sinais de saída de acionamento para a abertura/fechamento da válvula de ar comprimido da insuflação temporária para dentro do duto de sucção;
- e acionamento simultâneo da báscula, ao início da insuflação,na direção do fechamento, e, ao final da insuflação, na direção da abertura.
Segundo uma forma vantajosa de execução do processo, sãoexecutadas as seguintes etapas adicionais:
- detecção da freqüência média da vontade do motorista poraceleração, por meio do software na unidade de controle;
- regulagem da insuflação de ar e do acionamento de báscula demodo adaptado à freqüência média detectada da vontade do motorista, detal modo que o consumo de ar seja mantido em certos limites, porém semalteração abrupta na duração da insuflação de ar.
A seguir, a invenção será descrita detalhadamente com base emum exemplo de execução de um motor a diesel, com ajuda de desenhos.Mostra-se:
Figura 1: uma exposição esquemática de um dispositivo para o fornecimento de ar fresco de um motor de combustão interna a pistão comturbopropulsão;
Figura 2: a seção de duto de gás fresco do dispositivo segundo afigurai;
Figura 3: uma imagem axonométrica da seção de duto de gásfresco vista a partir da entrada de fluxo;
Figura 4: uma imagem axonométrica da seção de duto de gásfresco vista a partir da saída de fluxo;
Figura 5: uma imagem axonométrica da seção de duto de gásfresco vista de cima;
Segundo a figura 1, o motor a diesel 2 com turbopropulsão possui seus cilindros .3 em série, cujos dutos de sucção 4 estão conectados aum duto coletor 5, o qual apresenta um flange de conexão 7 ao qual se achaconectada uma seção de duto de gás fresco 8 com sua segunda conexãoterminal 9 para a saída de fluxo. A primeira conexão terminal 10 para a entrada de fluxo está acoplada, por meio de um duto 11, com a abertura desaída de fluxo 12 do refrigerador de ar de carga 13, cuja abertura de entradade fluxo 14 está acoplada, por meio de um duto 15, com a abertura de saídade fluxo 16 do turbocompressor 17. À abertura de entrada de fluxo 18 doturbocompressor 17 acha-se conectado um filtro de ar 19 por meio do duto20. O turbocompressor 17 forma uma parte do turbopropulsor de gás de escapamento 22, cuja turbina de gás de escapamento 23, por meio de sua abertura de entrada de fluxo 24, se acha conectada à abertura de saída defluxo 25 do tubo coletor de escapamento 26. O turbocompressor 17 e a turbina de gás de escapamento 23 estão fixados ao eixo 21. Os cilindros 3 estão conectados ao tubo coletor de escapamento 26 por meio de dutos deescapamento 27. A abertura de saída de fluxo 28 da turbina de gás de escapamento 23 está acoplada com o tubo de escapamento 29.
O fornecimento de combustível dos cilindros 3 ocorre através deinjetores 30, cuja regulagem é executada através do duto 31 da primeira saída 32 da unidade de controle eletrônico 38. À entrada 37 da unidade decontrole eletrônico 38 acha-se conectada a saída 34 da unidade de controleeletrônico 33 através do duto 36. A unidade de controle 33 é munida de umórgão de acionamento, o qual, neste exemplo de execução, se acha configurado como acelerador 35. A conexão elétrica 39 da unidade de controle ele-trônico 38 está acoplada, através do duto coletor 40, com a conexão elétrica41 da seção de duto de gás fresco 8.
A seção de duto de gás fresco 8 possui uma conexão de arcomprimido 42, a qual está conectada, através do duto 43 à conexão de saída 44 do reservatório de ar comprimido 45. A conexão de alimentação 46 doreservatório de ar comprimido 45 está conectada, através do duto 47, à conexão de ar comprimido 48 do compressor de ar comprimido 49. No duto 47estão instalados reguladores de pressão 50 e secadores de ar 51. O compressor de ar comprimido 49 possui um bocal de sucção 52 que é munido deum filtro de ar 53. O eixo 54 do compressor de ar comprimido 49 está ligado,por acionamento de correia 55, com o eixo principal 56 do motor a dieselcom turbopropulsão.
Na figura 2 é mostrada detalhadamente a seção de duto de gásfresco 8, que é configurada em forma de tubo e possui a primeira conexãoterminal 10 e a segunda conexão terminal 9, entre as quais há um compartimento interno 57, o qual apresenta uma seção transversal circular. O compartimento interno 57 está envolvido pela parede 58, onde o eixo 59 de umabáscula 60 está apoiado e se acha inserido. A báscula 60 divide o compartimento interno 57 em duas partes, a saber, o compartimento de entrada defluxo 61, que se forma entre a primeira conexão terminal 10 e a báscula 60,e o compartimento de saída de fluxo 62 que se forma entre a segunda conexão terminal 9 e a báscula 60. A báscula 60 possui uma posição fechada euma posição totalmente aberta e entre elas posições quaisquer que são ajustadas por meio de rotação do eixo 59. Neste exemplo de execução, o dispositivo de regulagem 66 está configurado como motor elétrico e está equipado com uma entrada elétrica de dispositivo de regulagem 74 e uma saída65, que estão correspondentemente conectadas às conexões do duto coletor40 da unidade de controle eletrônico 38. Por meio da entrada de dispositivode regulagem 74, o dispositivo de regulagem 66 é alimentado com corrente.
Da saída 65 é tomado o sinal sobre a posição da báscula 60. Na parede 58se acha configurada uma abertura de entrada de fluxo de ar comprimido 67entre a segunda conexão terminal 9 e a báscula 60, à qual está conectada aconexão de ar comprimido 42, a qual está equipada com um dispositivo regulador de quantidades 68. O dispositivo regulador de quantidades 68 apresenta também uma posição totalmente bloqueada. A entrada elétrica de controle 69 do dispositivo regulador de quantidades 68, que apresenta uma válvula 70, está conectada ao duto coletor 40 da unidade de controle eletrônico 38.
De modo semelhante, ao duto coletor 40 da unidade de controleeletrônico 38 está conectada a saída 71 do sensor de pressão 72, que estáfixado na parede 58; o medidor de pressão 73 do sensor de pressão 72, quese estende para dentro do compartimento de saída de fluxo 62 da seção deduto de gás fresco 8 e uma saída 71 similar do sensor de pressão 72, queestá fixado na parede 58, bem como o medidor de pressão 73 do sensor depressão 72 que se estende para dentro do compartimento de entrada de fluxo 61.
A disposição 1 funciona da seguinte maneira: os cilindros do motor a diesel com turbopropulsão são alimentados com gás fresco através dosdutos de sucção 4, do duto coletor 5, da seção de duto de gás fresco 8, doduto 11, do refrigerador de ar de carga 13, do duto 15, do turbocompressor17 e do filtro de ar 19, quando o número de rotações for constante. Os gasesde escapamento saem dos cilindros 3 através dos dutos de escapamento27, do tubo coletor de escapamento 26, da turbina de gás de escapamento23 e do tubo de escapamento 29.
Quando o motorista pressionar rapidamente o acelerador 35,para que o momento de rotação, respectivamente o número de rotações domotor, seja aumentado rapidamente, então o motor a diesel 2 com turbopropulsão irá requerer mais combustível e mais gás fresco. O combustível adicional é fornecido aos cilindros 3, porém permanece insuficiente o aumentoda quantidade de gás fresco que é fornecido pelo turbopropulsor de gás deescapamento 22. Também é baixa a pressão do gás fresco que é medidapermanentemente no compartimento interno 57 pelo medidor de pressão 73e é fornecida pelo sensor de pressão 72 para a unidade de controle eletrônico 38. Nesse estado de operação, a báscula 60 encontra-se totalmente a-berta. A unidade de controle eletrônico 38 irá constatar que a pressão nocompartímento interno 57 não aumenta de modo suficientemente rápido econstata, pelo programa de controle, que deve ser executada a insuflaçãoadicional de ar.
O programa de controle tem indicações predeterminadas sobreas condições de quando deve começar a insuflação de ar. Ao início, a báscula 60 será girada na direção de fechamento e a insuflação de ar comprimido do reservatório 45 de ar comprimido para dentro do compartímento desaída de fluxo 62 será liberada. A duração da insuflação de ar também épredeterminada pelo programa de controle, que leva em consideração a diferença de pressão e a pressão absoluta que foi medida pelos medidores depressão 73.
Cada motorista profissional de longa distância ou motorista derodovias tem seu próprio modo de dirigir, que requer valores de aceleraçãomédios; ele utiliza determinados pontos de conexão da caixa de mudanças,cujos valores característicos podem ser constatados, armazenados e processados. Isso é executado no computador da unidade de controle 38 e pormeio de software para a duração da insuflação de ar e acionamento da báscula na unidade de controle eletrônico 38. Por meio do software deve serevitado que o consumo de ar do reservatório 45 seja tão alto que influencienegativamente a segurança do freio, pois o reservatório 45 é parte de todo osistema de ar comprimido, onde a parte mais importante no que se refere àsegurança é o sistema de freio. Apesar disso, não é admitida uma alteraçãoabrupta na ajuda de aceleração.
Esse problema é solucionado em princípio devido ao fato de quea duração da insuflação de ar e o acionamento da báscula são reguladospelo software de controle de modo adaptado à freqüência da vontade do motorista. Desse modo o consumo de ar é mantido em certos limites, porémsem alteração abrupta na duração da insuflação de ar. Desse modo se evitaque o motorista, na ajuda de aceleração, constate uma alteração inesperada, isto é, uma diminuição.LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA
1 disposição
2 motor a diesel com turbopropulsão
3 cilindro
4 duto de sucção
5 duto coletor
6 bloco de cilindro
7 flange de conexão
8 seção de duto de gás fresco
9 segunda conexão terminal "saída de fluxo"
10 primeira conexão terminal "entrada de fluxo"
11 duto
12 abertura de saída de fluxo
13 refrigerador de ar de carga
14 abertura de entrada de fluxo
15 duto
16 abertura de saída de fluxo
17 turbocompressor
18 abertura de entrada de fluxo
19 filtro de ar
20 duto
21 eixo
22 turbopropulsor de gás de escapamento
23 turbina de gás de escapamento
24 abertura de entrada de fluxo
25 abertura de saída de fluxo
26 tubo coletor de escapamento
27 duto de escapamento
28 abertura de saída de fluxo
29 tubo de escapamento
30 injetores
31 duto32 saída
33 unidade de controle qualquer
34 saída
35 acelerador
36 duto
37 entrada
38 unidade de controle eletrônico
39 conexão
40 duto coletor
41 conexão
42 conexão de ar comprimido
43 duto
44 conexão de saída
45 reservatório de ar comprimido
46 conexão de alimentação
47 duto
48 conexão de ar comprimido
49 compressor de ar comprimido
50 regulador de pressão
51 secador de ar
52 bocal de sucção
53 filtro de ar
54 eixo
55 acionamento de correia
56 eixo principal
57 compartimento interno
58 parede
59 eixo
60 báscula
61 compartimento de entrada de fluxo
62 compartimento de saída de fluxo
63 sensor de detecção de posição64 área externa
65 saída
66 dispositivo de regulagem
67 abertura de entrada de fluxo de ar comprimido
68 dispositivo regulador de quantidades
69 entrada de controle elétrica
70 válvula
71 saída
72 sensor de pressão
73 medidor de pressão
74 entrada de dispositivo de regulagem
Claims (6)
1. Dispositivo para o fornecimento de ar fresco de um motor decombustão interna a pistão com turbopropulsão (2), com uma seção de dutode gás fresco (8) sob a forma de tubo de sucção, o qual apresenta uma báscuia regulável (60) e uma primeira conexão terminal (10) para a entrada defluxo, bem como uma segunda conexão terminal (9) para a saída de fluxo,sendo que a báscula (60), para a regulagem, está acoplada a um dispositivode regulagem (66), e em que, entre a báscula (60) e a segunda conexão terminal (9), uma conexão de ar comprimido (42) com abertura (67) desembocano compartimento interno tubular (57), caracterizado pelo fato de que a conexão de ar comprimido (42) coopera com um dispositivo regulador de quantidades (68) que apresenta uma válvula (70) com uma posição bloqueada eposições abertas quaisquer, dispositivo este que pode ser comandado pormeio de uma entrada elétrica (69) que se acha conectada à conexão (39) deuma unidade de controle eletrônico (38), em que o dispositivo de regulagem(66) da báscula (60) encontra-se acionado de modo forçado pelo dispositivoregulador de quantidades (68) e/ou pela unidade de controle elétrica (38) deum modo tal que a uma posição totalmente aberta da báscula (60) acha-secombinada a uma posição totalmente bloqueada do dispositivo regulador dequantidades (68).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que na conexão (39) da unidade de controle eletrônico (38) estáligada, por um lado, a saída (71) do primeiro sensor de pressão (72), cujomedidor de pressão (73) está disposto no compartimento interno tubular (61)entre a báscula (60) e a primeira conexão terminal (10), e, por outro lado, asaída (71) do segundo sensor de pressão (72), cujo medidor de pressão (73)está disposto no compartimento interno tubular (62) entre a báscula (60) e asegunda conexão terminal (9).
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que na unidade de controle eletrônico (38), o sinal de solicitaçãode momento de rotação é proveniente das seguintes fontes: acelerador, regulagem do deslizamento do acionamento, Tempomat, programa de estabili-zação elétrica, meios que fornecem ao sistema de controle do motor umasolicitação externa de momento de rotação.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que para o acionamento direto por intermédio da unidade decontrole elétrica (38), o dispositivo de regulagem (66) está configurado comum sensor de detecção de posição (63).
5. Processo para aperfeiçoar o comportamento de aceleração ede emissão de um motor de combustão interna a pistão de um veículo, especialmente de um motor a diesel com turbopropulsão, em que um dispositivo como definido em uma das reivindicações anteriores é munido de um reservatório de ar comprimido, no qual é armazenado ar comprimido para ainsuflação temporária regulada na seção de duto de gás fresco (8) do cilindro de motor, caracterizado pelas seguintes etapas:- detecção do sinal de solicitação de momento de rotação e fornecimento dos dados à unidade de controle eletrônico (38);- detecção dos valores característicos motrizes e fornecimentodos valores característicos à unidade de controle eletrônico (38);- detecção da pressão de ar no compartimento interno do tubode sucção entre a válvula de entrada de cilindro e a báscula (60) e fornecimento do valor de pressão à unidade de controle eletrônico (38), bem comodetecção da pressão de ar no compartimento interno do duto de sucção entre a báscula (60) e o turbocompressor e fornecimento do valor de pressão àunidade de controle eletrônico (38);- processamento dos dados e valores de medição acima mencionados na unidade de controle eletrônico (38) para a produção de sinaisde saída de acionamento para a abertura/fechamento da válvula (70) da insuflação temporária para dentro da seção de duto de gás fresco (8) e acionamento simultâneo da báscula (60), ao início da insuflação, na direção dofechamento, e, ao final da insuflação, na direção da abertura.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelas seguintes etapas:- detecção da freqüência média da vontade do motorista poruma aceleração, por meio do software na unidade de controle (38);- regulagem da insuflação de ar e do acionamento de báscula demodo adaptado à freqüência média detectada da vontade do motorista, parase conseguir que o consumo de ar seja mantido em certos limites, porémsem alteração abrupta na duração da insuflação de ar.
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