SISTEMA DE REGULACIÓN DE LA PRESIÓN DE SOBREALIMENTACIÓN PARA MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA CON DOS TURBOCOMPRESORES ESCALONADOS.

El sistema de regulación de la presión de sobrealimentación para un motor de combustión interna (1) que tiene dos etapas de turbocompresores (2,

3), a saber un turbocompresor de baja presión (BP) y un turbocompresor de alta presión (HP), estando las zonas de funcionamiento de cada uno de los turbocompresores (2, 3) controladas por válvulas de mariposa (18, 19, 20) mandadas por accionadores que cierran o abren un circuito de derivación asociado a cada uno de los turbocompresores (2, 3) caracterizado porque este sistema comprende medios (31) para elaborar una referencia de presión de sobrealimentación, medios (32) para transformar esta referencia en una referencia de la relación de compresión para cada uno de los turbocompresores, cooperando esta última referencia con un primer regulador (33) para regular la relación de compresión de cada uno de los turbocompresores, cooperando este primer regulador (33) con un segundo regulador (34) para regular la relación de disminución de presión de cada uno de los turbocompresores en función de un valor de referencia (35) de la relación de disminución de la presión para cada uno de estos turbocompresores, medios para preposicionar los accionadores de mando de las válvulas de mariposa de regulación de las presiones a la salida de cada uno de los dos turbocompresores, cooperando los dos reguladores (33, 34) con una unidad de arbitraje (37) adaptada para mandar un accionador para modificar la presión a la salida de uno de los turbocompresores o a la salida del otro turbocompresor

El presente invento se refiere a un sistema de regulación de la presión de sobrealimentación para un motor de combustión interna, especialmente de tipo diesel, que tiene dos etapas de turbocompresores.

La utilización de dos turbocompresores escalonados en los motores de combustión interna permite aumentar la potencia y el par motor y mejorar el rendimiento reduciendo el consumo de carburante.

En este modo de sobrealimentación uno de los turbocompresores funciona a baja presión y es activo en los regímenes lentos del motor en tanto que el otro turbocompresor es activo en los regímenes más elevados y funciona a alta presión.

El funcionamiento de estos dos turbocompresores está controlado por un sistema de regulación.

Los sistemas de regulación de la presión de sobrealimentación para motores de combustión interna con dos turbocompresores escalonados han sido descritos especialmente en los documentos DE 10144663, WO 2005/24201 y FR 2878285.

En estos sistemas de regulación las zonas de funcionamiento de los dos turbocompresores están reguladas por señales que mandan accionadores que actúan sobre válvulas de mariposa que abren o cierran circuitos de derivación – normalmente llamados “by-pass” (derivación) por los especialistas – asociadas a los dos turbocompresores.

Los ensayos efectuados por la parte solicitante han permitido constatar que a los sistemas de regulación conocidos les faltaba robustez en lo relativo al mando de los accionadores antes citados, que no permitían dominar el régimen del turbocompresor de alta presión, lo que conlleva un riesgo de sobrerrégimen y no tenían medios para preposicionar independientemente los accionadores de mando de los dos turbocompresores.

El objeto del presente invento es proponer un sistema de regulación de la presión de sobrealimentación para motores con dos turbocompresores escalonados que permita superar los inconvenientes de los sistemas conocidos.

Este objeto se consigue según el invento gracias a un sistema de regulación de la presión de sobrealimentación para motores de combustión interna que tienen dos etapas de turbocompresores, a saber un turbocompresor de baja presión y un turbocompresor de alta presión, estando controladas las zonas de funcionamiento de cada uno de los turbocompresores por válvulas de mariposa mandadas por accionadores que cierran o abren un circuito de derivación asociado a cada uno de los turbocompresores, caracterizado porque el sistema tiene medios para elaborar una referencia de presión de sobrealimetación, medios para transformar esta referencia en una referencia de relación de compresión para cada uno de los turbocompresores, cooperando esta última referencia con un primer regulador para regular la relación de compresión de cada uno de los turbocompresores, cooperando este primer regulador con un segundo regulador para regular la relación de disminución de presión de cada uno de los turbocompresores en función de un valor de referencia de relación de disminución de presión para cada uno de los turbocompresores, medios para preposiocionar los accionadores de mando de las válvulas de mariposa de regulación de las presiones a la salida de cada uno de los turbocompresores, cooperando los dos reguladores con una unidad de arbitraje adaptada para mandar un accionador para modificar la presión a la salida de uno de los turbocompresores o a la salida del otro turbocompresor.

Preferiblemente, este sistema comprende además medios de control de la apertura del circuito de derivación conectado a la salida del compresor del turbocompresor de alta presión que coopera con un accionador para mandar la apertura de este circuito de derivación.

Ventajosamente, el sistema según el invento comprende medios para realizar una estimación estática del turbocompresor BP (baja presión) en función del régimen del motor y del caudal de aire a la entrada del turbocompresor, y a partir de esta estimación calcular las presiones aguas arriba y aguas abajo del compresor del turbocompresor HP (alta presión) con la ayuda de las siguientes relaciones:

- estimación de la presión aguas arriba del compresor HP = Medida de la presión atmosférica X Estimación de la relación de compresión BP,

- estimación de la presión aguas abajo de la turbina HP = Medida de la presión aguas abajo de la turbina BP X Tasa de disminución de presión de la turbina BP.

Según otras particularidades del invento:

- el sistema tiene medios para elaborar la referencia de presión de sobrealimentación por medio de una cartografía y de medios para corregir esta referencia para proteger al turbocompresor activo con respecto a los sobrerregímenes;

- los dos reguladores del sistema cooperan de forma que el regulador de relación de compresión corrige la referencia de relación de la turbina del turbocompresor;

- cuando el turbocompresor HP está activo,

- la referencia de relación de compresión corresponde a la referencia de la relación de compresión HP,

- la medida de la relación de compresión corresponde a la medida de la relación de compresión HP,

- la referencia de relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la referencia de la relación de disminución de la presión en la turbina HP,

- la medida de la relación de disminución de presión en la turbina corresponde a la medida de la relación de disminución de presión en la turbina HP,

- el preposicionamiento del accionador corresponde al preposicionamiento del accionador HP, y

- la señal de mando corresponde a la señal de mando de la válvula del circuito de derivación HP;

- cuando el turbocompresor BP está activo,

- la referencia de la relación de compresión corresponde a la referencia de la relación de compresión BP,

- la medida de la relación de compresión corresponde a la medida de la relación de compresión BP,

- la referencia de la relación de disminución de la presión de la turbina corresponde a la referencia de la relación de disminución de presión en la turbina BP,

- la medida de la relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la medida de la relación de la disminución de la presión en la turbina BP,

- el preposicionamiento del accionador corresponde al preposicionamiento del accionador BP, y

- la señal de mando corresponde a la señal de mando en la válvula del circuito de derivación BP;

- los medios para elaborar las referencias de la relación de compresión de los turbocompresores BP y HP tienen medios para medir o estimar la presión aguas arriba del turbocompresor activo y medios para limitar la relación de compresión para tener en cuenta los terminales de sobrerrégimen del turbocompresor activo;

- las referencias de disminución de presión de las turbinas de los turbocompresores BP y HP se determinan a partir de la referencia de la relación de compresión aplicando una corrección sobre la presión aguas abajo de la turbina;

- los medios para preposicionar los accionadores de regulación de la presión a la salida de los turbocompresores BP y HP están adaptados para preposicionar dichos accionadores en función del funcionamiento estabilizado deseado para uno u otro de los turbocompresores;

- la unidad de arbitraje está adaptada para mandar la apertura del circuito de derivación conectado a la turbina HP, cuando el regulador BP está activo y para mandar el cierre del circuito de derivación conectado a la turbina BP cuando el regulador HP está activo; y

- los medios de control de la apertura del circuito de derivación conectado a la salida del compresor HP comprenden medios para limitar esta apertura con el fin de evitar un riesgo se sobrerrégimen de la turbina.

A lo largo de la descripción que sigue irán apareciendo todavía otras particularidades y ventajas del invento. En los dibujos anejos, dados a título de ejemplos no limitativos;

- la figura 1 es un esquema de conjunto que muestra un motor de combustión interna con dos etapas de turbocompresores y una unidad de mando electrónica que lleva el sistema de regulación de la presión de sobrealimentación según el invento,

- la figura 2 es un esquema que muestra la estructura general del sistema de regulación según el invento,

- la figura 3 es un esquema que ilustra la estimación estática del turbocompresor BP,

- la figura 4 es un esquema que ilustra la determinación del caudal de aire de referencia,

- la figura 5 es un esquema que ilustra la determinación de la referencia de la presión de sobrealimentación,

- la figura 6 es un esquema que ilustra la estructura de los reguladores... [Seguir leyendo]

1. El sistema de regulación de la presión de sobrealimentación para un motor de combustión interna (1) que tiene dos etapas de turbocompresores (2, 3), a saber un turbocompresor de baja presión (BP) y un turbocompresor de alta presión (HP), estando las zonas de funcionamiento de cada uno de los turbocompresores (2, 3) controladas por válvulas de mariposa (18, 19, 20) mandadas por accionadores que cierran o abren un circuito de derivación asociado a cada uno de los turbocompresores (2, 3) caracterizado porque este sistema comprende medios (31) para elaborar una referencia de presión de sobrealimentación, medios (32) para transformar esta referencia en una referencia de la relación de compresión para cada uno de los turbocompresores, cooperando esta última referencia con un primer regulador (33) para regular la relación de compresión de cada uno de los turbocompresores, cooperando este primer regulador (33) con un segundo regulador (34) para regular la relación de disminución de presión de cada uno de los turbocompresores en función de un valor de referencia (35) de la relación de disminución de la presión para cada uno de estos turbocompresores, medios para preposicionar los accionadores de mando de las válvulas de mariposa de regulación de las presiones a la salida de cada uno de los dos turbocompresores, cooperando los dos reguladores (33, 34) con una unidad de arbitraje (37) adaptada para mandar un accionador para modificar la presión a la salida de uno de los turbocompresores o a la salida del otro turbocompresor.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque tiene además unos medios de control (40) de la apertura del circuito de derivación conectado a la salida del compresor del turbocompresor de alta presión (3) que coopera con un accionador para mandar la apertura de este circuito de derivación.

3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque tiene medios para hacer una estimación estática del turbocompresor BP (2) en función del régimen del motor y del caudal de aire a la entrada del turbocompresor, y a partir de esta estimación calcular las presiones aguas arriba y aguas abajo del compresor del turbocompresor HP con la ayuda de las siguientes relaciones:

- estimación de la presión aguas arriba del compresor HP = Medida de la presión atmosférica X Estimación de la relación de compresión BP,

- estimación de la presión aguas abajo de la turbina HP = Medida de la presión aguas abajo de la turbina BP X Tasa de disminución de presión de la turbina BP.

4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque tiene medios para elaborar la referencia de presión de sobrealimentación (21) por medio de una cartografía y medios para corregir esta referencia para proteger el turbocompresor activo con respecto a sobrerregímenes.

5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los dos reguladores (33, 34) del sistema cooperan de forma que el regulador (33) de la relación de compresión corrige la referencia (35) de la relación de disminución de presión de la turbina del turbocompresor.

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque cuando el turbocompresor HP está activo,

- la referencia de relación de compresión corresponde a la referencia de la relación de compresión HP,

- la medida de la relación de compresión corresponde a la medida de la relación de compresión HP,

- la referencia de la relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la referencia de la relación de disminución de presión de la turbina HP,

- la medida de la relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la medida de la relación de disminución de presión de la turbina HP,

- el preposicionamiento del accionador corresponde al preposicionamiento del accionador HP,

- la señal de mando corresponde a la señal de mando en la válvula del circuito de derivación HP.

7. Sistema según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque cuando el turbocompresor está activo,

- la referencia de la relación de compresión corresponde a la referencia de la relación de compresión BP,

- la medida de la relación de compresión corresponde a la medida de la relación de compresión BP,

- la referencia de la relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la referencia de la relación de disminución de presión de la turbina BP,

- la medida de la relación de disminución de presión de la turbina corresponde a la medida de la relación de disminución de presión de la turbina BP,

- el preposicionamiento del accionador corresponde al preposicionamiento del accionador BP,

- la señal de mando corresponde a la señal de mando en la válvula del circuito de derivación BP.

8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los medios (32) para elaborar las referencias de la relación de compresión de los turbocompresores BP y HP tienen medios para medir o estimar la presión aguas arriba del turbocompresor activo y medios para limitar la relación de compresión para tener en cuenta los límites de sobrerrégimen del turbocompresor activo.

9. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las referencias de disminución de la presión de las turbinas de los turbocompresores BP y HP son determinadas a partir de la referencia de la relación de compresión aplicando una corrección sobre la presión aguas abajo de la turbina.

10 10. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los medios (36) para preposicionar los accionadores de regulación de la presión a la salida de los turbocompresores BP y HP están adaptados para preposicionar dichos accionadores en función del funcionamiento estabilizado deseado para uno u otro de los turbocompresores.

11. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la unidad de arbitraje (37) está adaptada para mandar la apertura del circuito de derivación conectado a la turbina HP cuando el regulador BP está activo y para mandar el cierre del circuito de derivación conectado a la turbina BP cuando el regulador HP está activo.

12. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los medios de control de la

apertura del circuito de derivación conectado a la salida del compresor HP tienen medios para limitar esta apertura a 20 fin de evitar un riesgo de sobrerrégimen de la turbina.