IT8149683A1 - Motore endotermico con sovralimentazione - Google Patents

Description

Motore endotermico con sovralimentazione"

Riassunto ? 61?'

Per il miglioramento del comportamento d'accelerazione del motore endotermico si adopera nel caso d'accelerazione il gas di scarico di una camera di combustione ausiliaria (31) per l'esclusiva propulsione dei turbocompressori a gas di scarico lavoranti in parallelo (17,18) , disposti al motore endotermico . Frattanto il gas di scarico del motore endotermico aggirando i turbocompressori a gas di scarico (17,18) viene alimentato direttamente nello scappamento (42) , Con questo mezzo ? disponibile aggiuntivamente per il processo d?accelerazione il lavoro di scarico , il quale ? da applicare dal motore endotermico nell'esercizio normale per lo scarico dei gas di scarico dai cilindri contro la resistenza di corrente delle schiere di palette di turbine a gas di scarico . (figura 1)

L'invenzione si riferisce ad un motore endotermico con sovralimentazione ad opera di turbocompressori a

gas di scarico secondo il concetto superiore della ri-

*

vendicazione 1 ? Con l?invenzione si mira ad un miglioramento del comportamento d'accelerazione del motore endotermico .

Per detto scopo sono stati resi noti due differenti sistemi . Il loro principio di lavoro consiste nel sollevamento del contenuto energetico della corrente della massa di gas di scarico prodotta dal motore endotermico ?1 funzionamento al minimo o con un piccolo carico parziale prima dell'entrata nella turbina del turbocompressore a gas di scarico . Con il gas di scarico pi? ricco d'energia si ottiene un pi? rapido aumento del numero di giri del turbocompressore a gas di scarico , rispettivamente una pi? veloce formazione di pressione nel sistema dell'aria di carica del motore endotermico .

Con un sistema il gas di scarico del motore endotermico attraversa una camera di combustione ausiliaria . La temperatura e la quantit? del gas di scarico viene aumentata , cost? t per adduzione di combustibile , il quale brucia sfruttando l'ossigeno residuo contenuto nel gas di scarico . Il comportamento comburente della camera di combustione ausiliaria , per? , ? instabile in questo sistema in conseguenza della corrente di gas di scarico pulsante dal motore endotermico e pu? condurre perfino allo spegnimento della camera di combustione ausiliaria .

Con l'altro sistema alla camera di combustione ausiliarla non viene addotto un gas di scarico , ma aria comburente derivata dalla corrente dell'aria di carica per il motore endotermico nonch? combustibile . Il gas caldo prodotto nella camera di combustione ausiliaria viene miscelato , poi , alla corrente del gas di scarico dal motore endotermico prima dell'entrata nella turbina del turbocompressore a gas di scarico . Con questo sistema ? possibile un esercizio stabile della camera di combustione ausiliaria e pure il comportamento d'accelerazione del motore endotermico viene migliorato sensibilmente . Lo svantaggio aggravante , per? , risiede nel fatto che con una sincronizzazione ottimale - motore endotermico pi? camera di combustione ausiliaria - il normale esercizio del motore endotermico ? assai insoddisfacente senza un sostegno per mezzo della camera di combustione ausiliaria .

Lo scopo dell'invenzione ? , perci? , di creare un sistema funzionale di un motore endotermico sovralimentato con una camera di combustione ausiliaria .

Secondo l'invenzione detto scopo viene risolto per mezzo della caratteristica caratterizzante della rivendicazione 1 e trova l'ulteriore confornazione ad opera delle caratteristiche delle rivendicazioni 2 a 4 .

I vantaggi raggiunti con l'invenzione risiedono anzitutto nel fatto che al motore endotermico il lavoro di scarico , il quale ? da applicare da esso nell'esercizio normale per lo scarico dei gas di scarico dai cilindri contro la resistenza di corrente delle schiere di palette di turbine a gas di scarico , ? disponibile aggiuntivamente , ora , per il processo d'accelerazione , che rispetto ai motori endotermici sovralimentati senza congegno ausiliaria risulta una riduzione distinta del lasso di tempo necessario per l?accelerazione del motore endotermico dal funzionamento al minimo fino al carico pieno , che viene reso possibile un esercizio non influenzato dalla pulsazione del gas di scarico del motore endotermico della camera di combustione ausiliaria , che per soppressione del luogo di disturbo , il quale rappresentava la riunione dei gas di scarico dal motore endotermico e dalla camera di combustione ausiliaria prima per il flusso del gas di scarico , la condotta per gas di scarico del motore endotermico pu? essere progettata , ora f per una guida di flusso ottimale .

Due esempi! 'realizzativi dell'oggetto del trovato sono rappresentati nei disegni allegati e vengono descritti particolareggiatamente qui appresso . Nei disegni stessi mostrano :

la figura 1 il motore endotermico con due turbocompressori a gas di scarico ;

la figura 2 il motore endotermico con tre turbocompressori a gas di scarico .

Un motore endotermico con due linee di cilindri 11,12 , le quali presentano ciascuna una condotta per aria di carica 13,14 e ciascuna una condotta per gas di scarico 15,16 , viene approvvigionato di aria di carica precompressa ad opera di turbocompressori a gas di scarico 17,18 . Alle condotte per aria di carica 13, 14 , le quali sono collegate l'una con l'altra per mezzo di una condotta 19 , ? collegato avanti di volta in volta un raffreddatore dell'aria di carica 22,23 nelle condotte d'adduzione per aria di carica 20,21 provenienti dai compressori 24,27 dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 . le condotte per gas di scarico 15,16 sono condotte alle turbine 25,26 dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 attraverso un congegno commutatore 28 presentante le posizioni di manovra "a" , "b" , "c" . Attraverso condotte 32,33 ? adducibile ad una camera di combustione ausiliaria 31 aria comburente dalle condotte d'adduzione per aria di carica 20 e 21 .la condotta di scappamento 30 della camera di combustione ausiliaria 31 ? congiunta parimenti al congegno commutatore 28 .

Per la regolazione della corrente dell'aria di combustione per la camera di combustione ausiliaria 31 ? disposto almeno nelle condotte 32,33 di volta in volta un congegno regolatore 34 , rispettivamente 35 , spostabile fino a passaggio zero , il quale pu? essere ancora sostenuto per mezzo di un ulteriore congegno regolatore 37,38 nella condotta d'adduzione per aria di carica 20 , rispettivamente 21 .

Nell'esercizio normale , se il motore endotermico lavora con il funzionamento al minimo o con carico scarso , il congegno commutatore 28 si trova nella posizione "a" . I congegni regolatori chiusi 34,35 bloccano l'adduzione dell'aria alla camera di combustione ausiliaria 31 e il gas di scarico del motore endotermico viene addotto attraverso la condotta 39 solo al turbocompressore a gas di scarico 17 , il quale con il suo compressore 24 cura attraverso la condotta d'adduzione per aria di carica 20 e la condotta 19 da solo l'approvvigionamento dell'aria di carica del motore endotermico . Dato che il turbocompressore a gas di scarico 18 ? privo di propulsione , il compressore 27 , cio? , non alimenta , la valvola di non ritorno a cerniera 41 ? chiusa sotto l'azione della pressione dell'aria di carica formata dal compressore 24 nel sistema dell'aria di carica del motore endotermico .

Per un imminente caso d'accelerazione , vale a dire se ? prevedibile , che il motore endotermico deve essere pronto per un rapido.aumento del numero di giri dal funzionamento al minimo o con un carico parziale , viene aperto un congegno regolatore 34 o 35 e , quindi , l'adduzione dell'aria alla camera di combustione ausiliaria ? Con la posizione "a" del congegno commutatore 28 avviene l'accensione della camera di combustione ausiliaria 31 e il suo esercizio con una potenza per il momento piccola . Il turbocompressore a gas di scarico 18 viene azionato con il gas di scarico della camera di combustione ausiliaria 31 , il qua,le affluisce alla turbina 26 attraverso le condotte 39,40 . A motivo della corrente della massa di gas di scarico per il momento solo piccola risulta solo un numero di giri insignificante del turbocompressore a gas di scarico 18 . Una alimentazione d'aria dal compressore 27 contro la pressione dell'aria di carica generata nel sistema dell'aria di carica dal turbocompressore a gas di scarico 17non si verifica , per il momento , di modo che la valvola di non ritorno a cerniera 41 resti ancora chiusa .

Per il processo d'accelerazione vero e proprio del motore endotermico dal funzionamento al minimo o con un carico parziale il congegno commutatore 28 viene spostato nella posizione "c" . Aggirando le turbine a gas di scarico 25 e 26 i gas di scarico del motore endotermico giungono , poi f attraverso la condotta 29 direttamente nello scappamento 42 . La condotta di scappamento 30 della camera di combustione ausiliaria 31 ? commutata mediante la ramificazione dei relativi cammini di corrente nel congegno commutatore 28 attraverso le condotte 39 e 40 alle turbine 25,26 dei turbocompressori a gas di scarico 17 e 18 ? Al tempo stesso si aprono completamente ambidue i congegni regolatori 34 e 35 e la camera di combustione ausiliaria 31 viene portata all*esercizio a carico pieno . La camera di combustione ausiliaria 31 ? progettata in maniera tale che la sua produzione di gas di scarico sia sufficiente per soddisfare con i due turbocompressori a gas di scarico 17,18 sia il consumo d'aria del motore endotermico per il processo d'accelerazione che il consumo d'aria della camera di combustione ausiliaria 31 nell?esercizio a carico pieno .

In conseguenza della speciale guida del gas di scarico attraverso la condotta 36,29 allo scappamento 42 il motore endotermico ? scaricato dal lavoro di scarico del gas di scarico contro una contropressione , la quale ? data altrimenti per mezzo delle schiere di palette di turbine dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 . Il momento torcente , il quale sarebbe da applicare per questo lavoro di scarico sta a disposizione con sostegno in questo modo per l'accelerazione .

In?ltre , con una corrispondente sincronizzazione della camera di combustione ausiliaria 31 con i turbocompressori a gas di scarico 17 e 18 ? da realizzare nel caso d'accelerazione una pressione di sovralimentazione pi? elevata che nell'esercizio normale . Tutti questi provvedimenti cagionano in ogni caso un'accelerazione oltremodo rapida del motore endotermico .

Se il numero di giri del motore endotermico , rispettivamente quello dei turbocompressori a gas di scarico 17^*18 , ? accresciuto nell'accelerazione fino ad un valore giacente nell'ambito di carico parziale superiore , allora la temperatura del gas di scarico della camera di combustione ausiliaria raggiunge un valore non pi? ammissibile per le turbine 25,26 dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 . Detto aumento di temperatura deriva dal fatto che il consumo d'aria del motore endotermico aumenta con il numero di giri crescente e , con ci? , diminuisce la corrente della massa d'aria comburente restante per la camera di combustione ausiliaria 31 sebbeneresti circa uguale la quantit? di combustibile bruciata per imita di tempo nella camera di combustione ausiliaria 31 . In detta fase d'esercizio viene poi il momento , che con un ulteriore aumento del consumo d'aria del motore endotermico la camera di combustione ausiliaria 31 non pu? essere pi? fatta funzionare con carico pieno , in definitiva , per mancanza di aria di combustione .

Ha luogo , perci? , una riduzione di potenza della camera di combustione ausiliaria 31 , e cio? ad uno stato d?emergenza - Il congegno commutatore 28 viene spostato simultaneamente nella posizione "b1' . La corrente della massa di gas di scarico gi? assai grande , partente con detta elevata potenza parziale del motore endotermico da esso f viene addotta ora in luogo dei gas di scarico dalla camera di combustione ausiliaria 31 ai turbocompressori a gas di scarico 17, 18 attraverso le condotte 39,40 , Dato che la corrente della massa di gas di scarico dalla camera di combustione ausiliaria 31 con carico pieno ? notevolmente maggiore della corrente della massa di gas di scarico del motore endotermico con carico pieno f le turbine 25,26 sono dotate di volta in volta di un apparecchio convogliatore spostabile 44,45 per l?adattamento alla minore corrente della massa di gas di scarico ,

Solo con la potenza d?emergenza della camera di combustione ausiliaria 31 , con una produzione di gas di scarico assai scarsa rispetto all?esercizio a carico pieno , avviene nella posizione "b" del congegno commutatore 28 un'adduzione di gas di scarico della camera di combustione ausiliaria dalla condotta di scappamento 30 ai gas di scarico dal motore endotermico . Con questo mezzo , per? , non viene pregiudicato1*esercizio normale del motore endotermico .

Una soluzione favorevole in quanto ai costi risulta dal fatto che i due turbocompressori a gas di scarico 17,18 sono progettati solo alla corrente della massa di gas di scarico con esercizio a carico pieno del motore endotermico . Poi possono venire a mancare alle turbine 25 e 26 gli apparecchi convogliatori spostabili dispendiosi 44,45 . Dato che la capacit? d'assorbimento di gas di scarico dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 ? minore rispetto all'esempio secondo la figura 1 , si pu? scegliere anche per la camera di combustione ausiliaria 31 una grandezza d'ingombro minore ?

Detta soluzione , per vero , limita l'efficacia del processo d'accelerazione , perch? la mancanza di afia di combustione limitante l'impiego della camera di combustione si presenta gi? con un numero di giri di carico parziale relativamente basso del motore endotermico a motivo dei pi? piccoli turbocompressori a gas .di scarico e della pi? piccola camera di combustione ausiliaria 31 .11 motore endotermico , cio? , deve accelerare attraverso un ambito di numero di giri un po' maggiore che nell'esempio realizzativo descritto precedentemente senza un sostegno ad opera della camera . di combustione ausiliaria 31 .

Un'ulteriore modifica del sistema descritto per la figura 1 consiste nel fatto che uno dei due turbocompressori a gas di scarico , per es?mpio 17 , ? progettato per l'intero ambito d'esercizio del motore endotermico dal funzionamento al minimo fino al carico pieno V*in cui la turbina 25 pu? presentare , se si d? il caso anche un apparecchio convogliatore spostabile . Durante il funzionamento normale il turbocompressore a gas di scarico 18 non viene mai caricato di gas di scarico dal motore endotermico . la valvola di non ritorno a cerniera 4-1 , quindi , ? sempre chiusa durante questo tempo . Il congegno commutatore 28 deve presentare t perci? t solo le posizioni "a" e "c" . la posizione "a" occorre nell'esercizio normale e per l'accensione della camera di combustione , mentre la posizione "c" ? inserita per il processo d'accelerazione . A tale riguardo anche il turbocompressore a gas di scarico 18 viene caricato f poi , di ga3 di scarico dalla camera di combustione ausiliaria 31 .

Nella figura 2 ? rappresentato un esempio realizzativo t il quale risulta dalla combinazione dei due esempi! descritti per ultimi . I numeri di riferimento utilizzati nella figura 1 sono stati assunti , a tale proposito , invariati per parti con uguale funzione , Per l'esercizio normale del motore endotermico senza sostegno della camera di combustione ausiliaria i turbocompressori a gas di scarico 171,181 sono dimensionati in maniera tale che l'approvvigionamento di aria di carica del motore endotermico avvenga a seconda dell'ambito di carico parziale ad opera di uno o ad opera di ambidue i turbocompressori in comune con condizioni d'esercizio ottimali . Il congegno commutatore 281 si trova , poi , o nella posizione "a" per l'ambito di carico parziale inferiore corrispondentemente ad un "esercizio ad un compressore" o nella posizione "b" per l'ambito di carico parziale superiore fino a carico pieno del motore endotermico corrispondentemente ad un "esercizio a due compressori" .

Con un processo d'accelerazione del motore endotermico dal funzionamento al minimo o con un piccolo carico parziale lo svolgimento d'esercizio ? precisamente come gi? descritto precedentemente per la figura 1 , la comune capacit? d'assorbimento di gas di scarico , rispettivamente la comune alimentazione d'aria ^ dei due turbocompressori a gas di scarico 171 e 181 ? progettata unicamente all'esercizio normale del motore endotermico in base all'ottimazione e , perci? , troppo scarsa per le correnti di massa di gas di scarico , rispettivamente di aria f verificantisi con un processo d'accelerazione con sostegno della camera a combustione ausiliaria .

Per l'adattamento alle esigenze nel processo d'accelerazione ? disposto , perci? , un ulteriore turbocompressore a gas di scarico 46 consistente di turbina 47 e compressore 48 , al quale un gas di scarico viene addotto attraverso la condotta 53 solo con la camera di combustione ausiliaria accesa 31 . l'aria alimentata dal compressore 48 giunge attraverso la condotta 51 , nella quale ? disposto il congegno regolatore 52 spostabile a passaggio zero , nella condotta 32 conducente alla camera di combustione ausiliaria 31 . Nella condotta aspirante 50 dal compressore 48 ? disposta una valvola di non ritorno a cerniera 49 come nel compressore 181 . Con i congegni regolatori aperti 34 , rispettivamente 35 ,e52e la camera di combustione ausiliaria accesa 31 t ma fatta funzionare solo con una scarsa potenza di modo che il turbocompressore a ga3 di scarico 46 non sia ancora in grado di alimentare contro la pressione regnante dell?aria di carica , la valvola di non ritorno a cerniera 49 impedisce una caduta di pressione nel sistema dell?aria di carica del motore endotermico .

Con il turbocompressore a gas di scarico 46 la portata di massa lavorata complessivamente con i tre turbocompressori a gas di scarico secondo la figura 2 corrisponde circa all'esempio secondo la figura 1 . Dato che per i turbocompressori a gas di scarico 171 e 181 non necessitano apparecchi convogliatori spostabili dispendiosi e il turbocompressore a gas di scarico 46 pu? essere grande uguale o pi? piccolo degli altri due , risulta una soluzione particolarmente economica vista dal dispendio costruttivo .

la riunione rappresentata nelle figure 1 e 2 delle condotte per gas di scarico 15,16 nella condotta 56 prima del oongegno commutatore 28 , rispettivamente 281 , non ? l*unica disposizione possibile . le condotte per gas di scarico 15 e 16 possono essere condotte anche separate fino al congegno commutatore 28 , rispettivamente 281 , e riunirsi nella posizione "a" e "c" soltanto entro il congegno commutatore 28 , rispettivamente 281 , per alimentare in comune la condotta 39 , rispettivamente 29 . c?n questo mezzo viene a cessare , poi , nella posizione "c" la riconduzione dei cammini di condotta per il gas di scarico del motore endotermico , se ogni linea di cilindri 11,12 lavora su uno dei turbocompressori a gas di scarico 17,18 , rispettivamente 171,181 ,

Negli esempli il congegno commutatore 28 ? rappresentato quale unit? chiusa a motivo della migliore diR iv endicazion i :

1,)Motore endotermico con sovralimentazione ad opera di turbocompressori a gas di scarico e con una camera di combustione ausiliaria , il cui gas di scarico viene addotto di tanto in tanto alla turbina di un turbocompressore a gas di scarico per il miglioramento del comportamento d'accelerazione del motore endotermico e l'aria comburente per la camera di combustione ausiliaria viene prelevata dalla corrente dell'aria di carioa generata dal turbocompressore a gas di scarico , caratterizzato dal fatto che sono disposti almeno due turbocompressori a gas di scarico lavoranti in parallelo (17*18 t rispettivamente 171,181) , che nel caso d'accelerazione i gas di scarico del motore endotermico aggirano le turbine (25,26 , rispettivamente 251, 261) dei turbocompressori a gas di scarico (17,18 , rispettivamente 171,181) e che i gas di scarico della camera di combustione ausiliaria (31) cagionano da solo la propulsione di tutti 1 turbocompressori a gas di scarico .

2.)Motore endotermico , secondo la rivendicazione 1

caratterizzato dal fatto che le turbine (25,26) dei turbocompressori a gas di scarico (17,18) sono progettate in comune per la corrente della massa di gas di

scarico della camera di combustione ausiliaria (31) e

le turbine (25,26) dei turbocompressori a gas di scarico (17,18) presentano di volta in volta un apparecchio convogliatore spostabile di per se noto (44,45) .

3.)Motore endotermico , secondo la rivendicazione 1 ,

caratterizzato dal fatto che accanto al o ai turbocompressori a gas di scarico (17,18 , rispettivamente 171,

181) per 1*esercizio normale del motore endotermico c??

per lo meno un ulteriore turbocompressore a gas di scarico (46) , al quale nell?accelerazione del motore endo-N

termico vengono addotti parimenti gas di scarico dalla * vV camera di combustione ausiliaria (31) .

4.)Motore endotermico , secondo la rivendicazio-?<s> ne 1 ,

caratterizzato dal fatto che la ripartizione della corrente dell?aria di carica fra camera di combustione ausiliaria (31) e motore endotermico avviene almeno ad , opera di un organo di strozzamento registrabile (34) G10