ITRM940204A1 - Turbocompressore a gas di scarico per motore a combustione interna sovralimentato. - Google Patents

Turbocompressore a gas di scarico per motore a combustione interna sovralimentato. Download PDF

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ITRM940204A1
ITRM940204A1 IT000204A ITRM940204A ITRM940204A1 IT RM940204 A1 ITRM940204 A1 IT RM940204A1 IT 000204 A IT000204 A IT 000204A IT RM940204 A ITRM940204 A IT RM940204A IT RM940204 A1 ITRM940204 A1 IT RM940204A1
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Wolfgang Erdmann
Hermann Hiereth
Siegfried Sumser
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Daimler Benz Ag
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Description

DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di Drevetto per invenzione dal titolo: "Turbocompressore a gas di scarico per motore a combustione interna sovralimentato "
L'invenzione concerne un turbocompressore a gas di carico per un motore a combustione interna secondo il preambolo della rivendicazione brevettale 1.
Dalla DE-OS 2901 041 è già noto un turoocompressore a gas di scarico per un motore a combustione interna sovralimentato del tipo in questione. Questo possiede una turoina e un compressore, dove nella carcassa della turDina, in corrispondenza del bordo circolare del lato posteriore della girante della turbina, è disposta una camera anulare che presenta un collegamento di flusso con il canale a spirale della turbina. Dalla camera anulare sbocca un tubo di collegamento, collegato con un collettore di aspirazione dell'aria che dal lato di mandata del compressore porta al lato di ammissione del motore a combustione interna, dove nel tubo di collegamento è disposta una valvola di comando.
Per quanto riguarda lo sfondo generale si rimanda alle domande di brevetto e ai brevetti seguentl: DE-OS 2541 156, DE-PS 30 19607, DE-OS 31 28 040, DE-PS 3504 465 e US-PS 4367 626.
L'invenzione si perfigge il compito di realizzare un turbocompressore a gas di scarico del tipo in questione,semplice ed economico dal punto di vista costruttivo, in modo da poter realizzare un riflusso dei gas di scarico già in presenza di pressioni dei gas di scarico più basse sul lato di afflusso della turbina.
Il compito è risolto, secondo l'invenzione, con i particolari indicati nella parte caratterizzante della rivendicazione principale.
Un vantaggio della disposizione del turbocompressore a gas di scarico secondo l'invenzione sta nel fatto che, attraverso il dispositivo di alimentazione del gas disponiDile, in un riflusso voluto dei gas di scarico, la pressione di detti gas di scarico sul lato di entrata della turbina non deve più essere, dal punto di vista della necessità funzionale, più alta della pressione di alimentazione nel collettore di aspirazione dell'aria.
La forma di realizzazione dell'invenzione secondo la rivendicazione 2 è una forma di esecuzione preferita del dispositivo di alimentazione del gas a causa della sua semplicità e flessibilità.
Con la forma di realizzazione secondo l'invenzione secondo le rivendicazioni 3 e 4 in connessione con la forma di realizzazione dell'invenzione secondo la rivendicazione 8 si ottiene una struttura particolarmente compatta del turbocompressore a gas di scarico secondo l’invenzione.
Un vantaggio costruttivo viene raggiunto con la forma di realizzazione secondo l'invenzione secondo la rivendicazione 5in connessione con la rivendicazione 9, in cui la turbina a gas di scarico del turbocompressore a gas di scarico e il dispositivo di alimentazione del gas realizzato come un compressore a gas di scarico sono disposti direttamente uno accanto all'altro sull'albero del turoocompressore a gas di scarico, per cui il lato del gas caldo è separato dal lato di alimentazione dell'aria del turbocompressore a gas di scarico.
Nella forma di realizzazione vantaggiosa dell'invenzione secondo la rivendicazione 6, il dispositivo di alimentazione del gas viene impiegato come pompa di aspirazione dell'aria mediante la quale si alimenta carica d'aria dal lato di mandata del compressore nel tubo di scarico del motore a combustione interna, ad esempio per un'alimentazione di aria necessaria, per motivi stochiometrici , per un catalizzatore.
Laformadirealizzazione vantaggi osa dell’invenzione secondo, la rivendicazione 7 consente, a seconda delle condizioni funzionali del motore , un funzionamento ascelta del dispo siti vo di ali mentazione del gas come pompa dei gas di searico oppure come pompa di aspirazione dell'aria.
Con la forma di realizzazione secondo l'in venziione secondo la rivendicazione 10, il dispositivo di al mentazione del gas viene realizzato attra verso la camera anulare disposta secondo l'invenzione, con parete perforata in cui il livello statiiidi pressione relativamente basso della carica d'aria viene sfruttato direttamente dietro la periferia della girante del compressore del lato premente Altre forme ai realizzazione e vantaggi de invenzione emergono dalla descrizione
Nei disegni è illustra più dettagliatamen te l'invenzione con riferimento a più esempi di ese cuzione. In essi:
la figura 1 mostra un disegno schematico di un motore a combustione interna sovralimentato con un turbocompressore a gas di scarico secondo la invenzione con un dispositivo di alimentazione di gas eseguito a guisa di compressore a gas di scarico la figura 2 mostra una esecuzione costruttiva del turbocompressore a gas di scarico con compressore a gas ai scarico secondo la figura 1, dove il compressore a gas di scarico è disposto sul lato posteriore della girante di un compressore del turbocompressore a gas di scarico e il lato aspirante del compressore a gas di'Scarico è collegato con il lato di ammissione di una turbina del turbocompressore a gas di scarico tramite un collegamento del tubo del gas,
la figura 3 mostra una forma di realizzazione costruttiva del dispositivo di alimentazione del gas che comprende una camera anulare con parete perforata, dove la camera anulare è collegata con il lato di ammissione di una turbina tramite il collegamento del tubo del gas e sbocca alla periferia del lato premente della girante del compressore del turbocompressore,
la figura 4 mostra una forma di realizzazione dell'invenzione con un secondo compressore eseguito come pompa di aspirazione dell'aria dal quale si può alimentare carica d'aria nel tubo di scarico, la figura 5 mostra un disegno schematico di un'altra forma di esecuzione dell'invenzione con un compressore a gas di scarico disposto sul lato turpina.ael turbocompressore a gas di scarico, dal quale, viene ricondotto gas di scarico nel collettore di aspirazione dell'aria e
la figura 6 mostra una forma di realizzazione costruttiva del complesso turbocompressore a gas ai scarico e compressore a gas di scarico secondo la figura 5.
La figura 1 mostra, in un disegno schematico, un motore a combustione interna 1 sovralimentato, collegato tramite un tubo di aspirazione dell'aria 2 e tramite un tubo di scarico 3 con un turbocompressore a gas di.scarico 4 in modo,in linea di principio, noto. Nelle figure da 1 a 6, per gli stessi elementi strutturali si impiegano gli stessi numeri di riferimento.
Il turbocompressore a gas di Scarico 4 possiede una turbina 5 e un compressore 6, dove dal lato di ammissione 7 della turbina 5, una prima parte 8a di un collegamento 8 del tubo del gas con una valvola di comando 9 porta al lato aspirante 10 di un compressore a gas di scarico 11 (secondo compressore). Questo si trova sul lato dell'albero accanto al compressore 6, dove un canale diffusore 12 del compressore a gas di scarico 11 sbocca in un collettore 13 del compressore 6. Il collegamento di flusso tra il lato aspirante 10 del compressore a gas di scarico 11 e il collettore 13 del compressore .6 forma, allo stesso tempo, la seconda parte 8b del collegamento 8 del tubo del gas tra il lato di immissione 7 della turbina 5 e il lato di mandata 34 del compresso-. re 6.
La valvola di comando 9 viene pilotata tramite un regolatore 14 in funzione di parametri funzionali del motore a combustione interna 1 e del turbocompressore a gas di scarico 4.
La figura 2 mostra una forma di realizzazione costruttiva del turbocompressore a gas di scarico 5 della figura 1. La turbina 5 comprende una carcassa 15 e una girante 16 e il compressore 6 comprende una carcassa 17 e una girante 18 con lato posteriore 19. La carcassa 15 della turbina e la carcassa 17 del compressore sono applicate per flangiatura su una scatola di cuscinetto 20 del turbocompressore a gas di scarico 4.La girante 16 della turbina e la girante 18 del compressore sono disposte su un albero 21 con asse 37, dove l'albero 21 è collocato in cuscinetti 22 e 23.
Una girante 24 del compressore a gas di scarico 11 che forma un dispositivo di alimentazione di gas 33 è collegato saldamente con l'albero 21 sul lato posteriore 19 della girante del compressore. Attraverso una parte 25 della carcassa divisa 17 del compressore, rivolta verso la scatola.20 del cuscinetto, un foro 26 porta al lato aspirante 10 del compressore a gas di scarico 11. L'altro lato del foro 26 sbocca nella prima parte 8a del collegamento 8 del tubo del gas con valvola di comando 9 il quale è collegato tramite un'apertura 27 con il lato di ammissione 7 della turbina 5.
Il canale diffusore 12 del compressore a gas di scarico 11 sbocca direttamente nel collettore 13 (lato ai mandata 34) del compressore 6. Una corona portapalette 28 con palette fisse 29 e parti di corona portapalette 30 e 31 è disposta nel canale diffusore 12 del compressore a gas di scarico. La parte 20 della corona portapalette 30 è collegata saldamente con la parte 25 della carcassa del compressore. La parte 31 della corona portapalette viene portata dalle palette fisse 29 e forma una parete di un canale diffusore del compressore 6 prima del suo collettore 13.
Nella figura 3 è rappresentata un’altra forma di realizzazione del dispositivo di alimentazione 33 del gas. Nella parte 25 della carcassa del compressore è disposta una camera anulare 35 con una parete perforata 36 in cui sono disposti fori 38, distribuiti perifericamente, che portano obliquamente verso l'esterno per quanto riguarda la direzione assiale dell'asse 37 dell’albero, attraverso i quali i gas di scarico possono essere insufflati nel canale diffusore 32 del compressore 6 immediatamente successivo ad una periferia 39 del lato premente della girante del compressore.
Nella camera anulare 35 si trova un'apertura 40 in cui sbocca il collegamento del tubo del gas 8. Questo é collegato, analogamente alla figura 2, con il lato di ammissione 7 della turbina 5.
La trasformazione della energia cinetica della carica d'aria sul lato aspirante in energia statica premente sul lato di mandata 34 del compressore 6 avviene, notoriamente, per una parte nella gi rante 18 del compressore che può essere rilevata come diffusore rotante, e per l'altra parte, nel canale diffusore 32 e lievemente nel collettore 13 a spirale, cosa che viene descritta dal cosiddetto grado di reazione.
Nell'impiego di compressori con grado di reazione rela tivamente piccolo, ad esempio con un grado di reazione di 0.5, l’energia cinetica della carica d'aria alla periferia 39 della girante del compressore è trasformata giusto per metà in energia di compressione statica.
Nel canale diffusore 32, immediatamente dopo la periferia 39 della girante del compressore, in presenza di velocità di flusso della carica d’aria relativamente maggiore, la pressione statica di essa è giusto leggermente maggiore che immediatamente sulla periferia 39 della girante del compressore. Attraverso questa pressione statica, relativamente bassa, nella maggior parte dei casi vi è una caduta di pressione dal lato di immissione 7 della turbina 5 alla periferia 39 del lato di mandata della girante del compressore, per cui dal lato di immissione 7 della turbina affluisce gas di scarico al canale diffusore 32 del compressore 6 attraverso il collegamento 8 del tubo del gas, la camera anulare 35 e i fori 3a.
Nella figura 4 è rappresentata una forma di realizzazione dell'invenzione con un secondo compressore 41 eseguito come pompa di aspirazione dell'aria
Il compressore 41 é collegato al suo lato aspirante 42 con un tubo di collegamento 43 che porta nel collettore 13 (lato di mandata 34) del compressore 6. Un collettore 44 del compressore 41 possiede un’apertura di uscita 45 che sbocca in una parte 8d del collegamento 8 del tubo del gas collegato con l'apertura 27 sul lato di afflusso 7 della turbina 5. Dal collettore 44, un canale diffusore 56 porta alla girante 57 del secondo compressore 41. Nel tubo 8d di riflusso dei gas di scarico si trova una valvola di comando 46, la quale è regolabile in funzione di parametri funzionali del motore a combustione interna e del turbocompressore a gas di scarico 4.
Partendo dalla figura 4, in un'altra forma di reaiizzazione non rappresentata dell'invenzione, un tubo è condotto dalla parte 8d del tubo di collegamento del gas al lato aspirante 42 del compres sore 41 e un altro tubo è condotto dal collettore 44 al collettore 13 del compressore 6, dove in entrambi i tubi è disposta di volta in volta una valvola di comando pilotabile da parametri funzionali del motore a combustione interna. Con questa disposizione, il compressore 41 è collegabile a scelta come dispositivo di alimentazione 33 per carica d’aria nel tubo di scarico 3 oppure i gas di scarico nel collettore di aspirazione 2. Un effetto vantaggioso dell'adduzione di carica d’aria nel tubo di scarico 3 emerge ad esempio, durante un'adduzione di aria, necessaria per motivi stochiometrici per un catalizzatore disponibile nel tubo di scarico.
La figura 5 mostra un disegno schematico di un’altra forma di reaiizzazione dell’invenzione con un compressore a gas dis carico 47 disposto su un lato 52 posteriore della girante della turbina 5 del turbocompressore 4 dal quale il gas di scarico ritorna nel collettore di aspirazione dell’aria 2.
Il compressore a gas di scarico 47 possiede, analogamente alla figura 4, una girante 48, un lato aspirante 49 e un collettore 50 del lato mandata.
Dal tubo di.scarico 3 si dirama una parte di collegamento 8c del tubo del gas .che è collegato con il lato aspirante 49 del compressore a gas di scarico 47. Dal collettore 50, la parte 8d del collegamento del tubo del gas porta al collettore di aspirazione dell'aria 2, preferibilmente dietro un refrigeratore intermedio 51 del compressore disposto nel collettore di aspirazione 2 dell'aria.
La figura 6 mostra una forma di realizzazione costruttiva del turbocompressore a gas di scarico 4 dal disegno schematico della figura 5.
Il compressore a gas di scarico 47 è disposto sul lato di mandata 52 della girante della turbina 16. Da un'apertura 53, disposta in una parte 54 di un canale a spirale 55 della turbina 5 attigua al lato di afflusso, la parte di collegamento 8c del tubo del gas porta al lato aspirante 49 del compressore a gas di scarico 47.
Il collettore 50 sbocca nella parte di collegamento 8d del tubo del gas che porta, secondo la figura 5, al collettore 2 di aspirazione dell'aria.

Claims (7)

1. Turbocompressore a gas di scarico per un motore a combustione interna sovralimentato con riflusso dei gas di scarico, dove il turbocompressore a gas di scarico comprende una turbina e un primo compressore e dove le giranti della turbina e del compressore sono collegate con un albero comune e tra il Iato di afflusso della turbina e il lato di mandata del primo compressore è disposto un collegamento del tubo del gas con almeno una valvola di comando nonché un dispositivo per l'alimentazione di gas tra il lato di afflusso della turbina e il lato di mandata del primo compressore, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di alimentazione del gas (33) per il riflusso a scelta di carica d'aria comandabile tramite valvole di comando (9, 46) sul lato di afflusso (7) della turbina oppure di gas di scarico nel collettore (13) del primo compressore (6) comprende - un secondo compressore (11, 41) con una girante (24, 48), un lato aspirante (10, 42) e un collettore (44), - un tubo di raccordo (43) tra il collettore (13) e il lato aspirante (42), - un collegamento (8d) del tubo del gas con la valvola di comando (7) della turbina (5), - un collegamento (8) del tubo del gas con la valvola di comando (9) tra il iato aspirante (10; 42) e il lato di afflusso (7) della turbina (5) e - un tubo dal collettore (13) del primo compressore (6) al collettore (44) del secondo compressore (11, 41).
2. Turbocompressore a gas di scarico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le valvole di comando (9, 46) sono regolabili mediante un regolatore (14) in funzione di parametri funzionali del motore a combustione interna (1) e del turbocompressore a gas di scarico (4).
3. Turbocompressore a gas di scarico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il secondo compressore (11, 41) è disposto su un iato posteriore (19) della girante (18) del compressore (6).
4. Turbocompressore a gas di scarico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il secondo compressore (11, 41) è disposto sul lato posteriore (52) della girante (16) della turbina.
5. Turbocompressore a gas di scarico,per un motore a combustione interna sovralimentato con riflusso dei gas di Scarico, dove il turbocompressore a gas di scarico comprende una turbina e un primo compressore e dove le giranti della turbina e del compressore sono collegate con un albero comune tra il lato di afflusso della turbina e il lato di mandata del primo compressore è disposto un collegamento de l tubo del gas con almeno una valvola di comando nonché un dispositivo pér l'alimentazione di gas tra il lato di afflusso della turbina e il lato di mandata del primo compressore, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di alimentazione del gas (33) presenta un collegamento (8) del tubo del gas dal lato di afflusso (7) della turbina (5) ad una camera anulare (35) disposta nella carcassa (17) del compressore (6), la quale possiede un'apertura lungo la quale sono insufflabili gas di scarico immediatamente dopo la periferia (39) del lato premente della girante in un segmento di un canale diffusore (32) in cui la pressione è solo leggermente più alta che sulla periferia (39) del lato di mandata del compressore.
6. Turbocompressore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che tra la camera anulare (35) e il canale diffusore (32) del compressore (6) è disposta una parete perforata (36) in cui sono disposti fori (38) distribuiti sul perimetro, che portano obliquamente verso l'esterno, per quanto riguarda la direzione assiale dell'asse (37) dell'albero (21), attraverso i quali è insufflabile il gas di scarico nel canale diffusore (32) del compressore (6) immediatamente successivo alla periferia (39) del lato di mandata della girante del compressore.
7. Turbocompressore a gas di scarico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il primo compressore (6) presenta un grado di reazione tra 0,3 e 0,7.
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