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Dunque, al primo gruppo di cilindri è associato un primo turbocompressore, mentre al secondo gruppo di cilindri è associato almeno un secondo turbocompressore, in cui il primo turbocompressore è tarato per offrire un boost ottimale quando il veicolo è alla velocità di crociera.
Hence, the first group of cylinders is associated with a first turbocompressor, whereas the second group of cylinders is associated with at least one second trubocompressor, wherein the first turbocompressor is calibrated to offer an optimal boost when the vehicle is at the cruise speed.
Inoltre, tale primo turbocompressore del primo gruppo di cilindri comprende dei mezzi di bypass con una valvola Wastegate, che anziché collegare un punto a monte della turbina del relativo turbocompressore del primo gruppo di cilindri con un punto a valle della stessa turbina, come indicato dall'arte nota, collegano un punto a monte di tale turbina con una o più turbine relative al secondo gruppo di cilindri.
Furthermore, said first turbocompressor of the first group of cylinders comprises bypass means with a Wastegate valve, which, instead of connecting a point downstream of the turbine of the relative turbocompressor of the first group of cylinders to a point upstream of the same turbine, as provided for by the prior art, connect a point downstream of said turbine to one or more turbines of the second group of cylinders.
Tale collegamento con la o le turbine del secondo gruppo di cilindri è realizzato in modo da aiutare 1'avviamento delle stesse.
This connection to the turbine or turbines of the second group of cylinders is made so as to assist the start-up thereof.
Secondo la presente invenzione sono previste almeno due possibili alternative, senza escluderne altre equivalenti, Secondo una prima alternativa, detti mezzi di bypass sono collegati a valle della o delle turbine del secondo gruppo di cilindri secondo un dispositivo ad eiezione che genera una depressione a valle di tali turbine aiutandole nel relativo avviamento.
According to a first alternative, said bypass means are connected downstream of the turbine or turbines of the second group of cylinders according to an ejection device, which generates a depression downstream of said turbines, thus assisting them in the relative start-up.
Secondo una seconda alternativa, almeno una delle turbine del secondo gruppo di cilindri è del tipo a doppio scroll asimmetrico, con i mezzi di bypass collegati con lo scroll più piccolo, vale a dire che i mezzi di bypass cono collegati a monte della turbina a doppio scroll asimmetrico.
According to a second alternative, at least one of the turbines of the second group of cylinders is an asymmetrical twin-scroll turbine, with the bypass means connected to the smaller scroll, which means that the bypass means are connected upstream of the asymmetrical twin-scroll turbine.
Ovviamente, il primo gruppo di cilindri ha un collettore di aspirazione ed un collettore di scarico separati rispettivamente dal collettore di aspirazione e dal collettore di scarico del secondo gruppo di cilindri.
Obviously, the first group of cylinders has an intake manifold and an exhaust manifold, which are respectively separate from the intake manifold and from the exhaust manifold of the second group of cylinders.
Dal momento che a velocità di crociera costante che è nell'intervallo tra 90 - 130 km/h, la potenza fornita dal motore è circa 1/3 della potenza nominale, ciò implica non solo di raddoppiare il carico su tale primo gruppo di cilindri, rispetto ad un motore convenzionale, ma di aver ottimizzato tale primo gruppo di cilindri per consumare il meno possibile in quelle condizioni operative.
Since, at a constant cruise speed, which ranges from 90 to 130 km/h, the power supplied by the engine is approximately 1/3 of the nominal power, this implies not only doubling the load on said first group of cylinders, relative to a conventional engine, but also having optimized said first group of cylinders so as to consume as little as possible in those operating conditions.
Il motore é preferibilmente dotato di un singolo e comune albero motore a cui sono collegati i pistoni relativi al primo e secondo gruppo di cilindri, in modo che quando i due gruppi sono entrambi attivi, i cicli termodinamici Diesel o Otto sono alternatamente suddivisi tra i due gruppi di cilindri.
The engine is preferably provided with one single and common drive shaft, to which the pistons of the first and second group of cylinders are connected, so that, when the two groups are both active, the Diesel or Otto thermodynamic cycles are alternately divided between the two groups of cylinders.
Ciò implica di ottenere lo scoppio della miscela alternamente tra i due gruppi di cilindri.
This implies obtaining the burning of the mixture alternately between the two groups of cylinders.
Secondo la presente invenzione il primo gruppo di cilindri è sempre attivo, mentre il secondo gruppo di cilindri è attivato solo su richiesta di maggiore potenza.
According to the invention, the first group of cylinders is always active, whereas the second group of cylinders id activated only when a greater power is requested.
Secondo una variante preferita dell'invenzione, il motore comprende mezzi di ricircolazione che collegano un punto a valle della prima turbina del primo gruppo di cilindri con il collettore di aspirazione del secondo gruppo di cilindri e tali mezzi di ricircolazione risultano attivi quando il secondo gruppo di cilindri è disattivo, in modo da evitare che dell'aria fresca, attraversando il secondo gruppo di cilindri, raggiunga il sistema di post trattamento dei gas esausti (ATS), raffreddandolo e peggiorandone l'efficienza, soprattutto quanto il motore è a ciclo Diesel.
According to a preferred variant of the invention, the engine comprises first recirculation means, which connect a point downstream of the first turbine of the first group of cylinders to the intake manifold of the second group of cylinders and said recirculation means are active when the second group of cylinders is deactivated, so as to prevent fresh air from reaching, flowing through the second group of cylinders, the exhaust gas after-treatment system (ATS), thus cooling it down and worsening the efficiency, especially if the engine is a Diesel cycle engine.
Preferibilmente, il primo gruppo di cilindri presenta un primo rapporto di compressione maggiore del rapporto di compressione del secondo gruppo di cilindri, mentre preferibilmente il primo gruppo di cilindri ha un anticipo di iniezione di carburante inferiore all' anticipo di iniezione di carburante del secondo gruppo di cilindri.
Preferably, the first group of cylinders has a first compression ratio, which is greater than the compression ratio of the second group of cylinders, whereas, preferably, the first group of cylinders has a fuel injection timing advance that is lower than the fuel injection timing advance of the second group of cylinders.
Inoltre, preferibilmente il primo turbocompressore del primo gruppo di cilindri è tarato in modo che il relativo boost è inferiore rispetto al secondo (o terzo) turbocompressore relativo al secondo gruppo di cilindri, in modo da garantire di non superare la pressione di picco (peak combustion pressure - PCP).
Furthermore, preferably, the first turbocompressor of the first group of cylinders is calibrated so that the relative boost is smaller relative to the second (or third) turbocompressor of the second group of cylinders, so as make sure that the peak combustion pressure - PCP is not exceeded.
Il primo gruppo di cilindri, con maggiore rapporto di compressione, garantisce alta efficienza a bassi carichi e dunque, secondo la presente invenzione, viene impiegato sempre ed in particolar modo da solo durante una crociera a velocità costante.
The first group of cylinders, with a greater compression ratio, ensures high efficiency at small loads and, therefore, according to the invention, it is always used, especially alone during a cruise at a constant speed.
Al contrario, il secondo gruppo di cilindri ha preferibilmente un più basso rapporto di compressione ed un maggiore anticipo di iniezione del carburante, garantendo una maggiore efficienza agli alti carichi, cioè proprio durante le fasi di accelerazione del veicolo, in cui anche il secondo gruppo di cilindri è chiamato ad erogare potenza.
On the contrary, the second group of cylinders preferably has a smaller compression ratio and a higher fuel injection timing advance, thus ensuring greater efficiency at high loads, namely during the acceleration phases of the vehicle, when the second group of cylinders is asked to deliver power as well.
Vantaggiosamente, durante le fasi transitorie, cioè durante le accelerazioni del veicolo, il secondo gruppo di cilindri, lavorando con un anticipo di iniezione maggiore garantisce una migliore miscelazione tra aria e carburante e pertanto il ciclo di temperatura risulta più basso con una più bassa produzione di NOx.
Advantageously, during transient phases, i.e. during the accelerations of the vehicle, the second group of cylinders, working with a higher injection timing advance, ensures a better mixing between air and fuel; therefore, the temperature cycle turns out to be lower with a smaller production of NOx.
Secondo una ulteriore variante preferita dell'invenzione, il primo gruppo di cilindri alimenta una power turbine, cioè una turbina collegata meccanicamente all'albero motore del motore stesso, mentre il secondo gruppo di cilindri è associato ad almeno un primo stadio di sovralimentazione di tipo turbocompressore ed eventualmente un secondo stadio di sovralimentazione sempre di tipo a turbocompressore.
According to a further preferred embodiment of the invention, the first group of cylinders supplies a power turbine, i.e. a turbine that is mechanically connected to the drive shaft of the engine, whereas the second group of cylinders is associated with at least one first supercharging stage of the turbocompressor type and, if necessary, with a second supercharging stage, always of the turbocompressor type.
Secondo un'altra variante preferita dell'invenzione, derivata dalla precedente, il primo gruppo di cilindri oltre che alimentare una power turbine, comprende anche uno stadio di sovralimentazione del tipo a turbocompressore.
According to another preferred embodiment of the invention, deriving from the previous one, the first group of cylinders, besides supplying a power turbine, also comprises a supercharging stage of the turbocompressor type.
Secondo una ulteriore variante preferita dell'invenzione, indipendentemente o meno dalla presenza della power turbine e dei suddetti mezzi di ricircolazione, lo stadio di sovralimentazione del primo gruppo di cilindri comprende una valvola waste gate per by-passare la relativa turbina, ma il gas esausto, piuttosto che essere direzionato direttamente verso l'ATS, viene direzionato verso una turbina, del primo stadio se presenti più stadi di sovralimentazione, del secondo gruppo di cilindri, in modo da aiutare tale stadio a regimarsi migliorando la risposta dinamica del secondo gruppo di cilindri.
According to a further preferred variant of the invention, regardless - or not - of the presence of the power turbine and of the aforesaid recirculation means, the supercharging stage of the first group of cylinders comprises a wastegate valve to bypass the relative turbine, but exhaust gases, rather than being directly directed towards the ATS, are directed towards a turbine of the first stage, if different supercharging stages are available, of the second group of cylinders, so as to help said stage to reduce its transients, thus improving the dynamic reaction of the second group of cylinders.
Preferibilmente, il sistema di comando delle valvole è comune per entrambi i gruppi di cilindri anche se gli angoli di apertura e/o chiusura del primo gruppo di valvole, relative al primo gruppo di cilindri, può essere diverso rispetto al secondo gruppo di valvole relative al secondo gruppo di cilindri.
Preferably, the valve control system is shared by both groups of cylinders, even if the opening and/or closing angles of the first group of valves, belonging to the first group of cylinders, can be different from the second group of valves belonging to the second group of cylinders.
E' oggetto della presente invenzione un motore a combustione interna sovralimentato secondo quanto descritto nella rivendicazione 1.
It is a subject of the invention a supercharged internal combustion engine according to claim 1.
Un altro oggetto della presente invenzione è un metodo di controllo dello stesso motore a combustione interna.
Another subject of the invention is a method for controlling the internal combustion engine.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione è un veicolo terrestre o una installazione fissa implementate detto motore a combustione interna sovralimentato.
A further subject of the invention is a terrestrial vehicle or a fixed installation implementing said supercharged internal combustion engine.
Le rivendicazioni descrivono varianti preferite dell' invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.
The claims describe preferred embodiments of the invention, thus forming an integral part of the description.
Breve descrizione delle figure Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui nelle figure 1 - 5 e 7 sono mostrati degli schemi preferiti che implementano varianti preferite dell' invenzione, mentre nelle figure 6a e 6b sono mostrati alcuni componenti tipicamente implementati nei dispositivi di abbattimento di inquinanti dei gas esausti di motori Diesel.
Further objects and advantages of the invention will be best understood upon perusal of the following detailed description of an embodiment thereof (and of relative variants) with reference to the accompanying drawings merely showing non-limiting examples, wherein figures 1 - 5 and 7 show preferred diagrams implementing preferred variants of the invention, whereas figures 6a and 6b show some components that are typically implemented in the devices used to reduce pollutants in exhaust gases of Diesel engines.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
In the figures, the same numbers and the same reference letters indicate the same elements or components.
Nell'ambito della presente descrizione il termine ''secondo" componente non implica la presenza di un "primo" componente.
For the purposes of the invention, the term "second" component does not imply the presence of a "first" component.
Tali termini sono infatti adoperati soltanto per chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.
As a matter of fact, these terms are only used for greater clarity and should not be interpreted in a limiting manner.
Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione Secondo la presente invenzione un motore a combustione interna E comprendente una pluralità di cilindri Cl, 02 con relativi pistoni, collegati ad un relativo comune albero motore (non mostrato).
According to the invention, an internal combustion engine E comprises a plurality of cylinders C1, C2 with relative pistons, which are connected to a relative common drive shaft (not shown).
La moltitudine di cilindri è suddivisa in un primo gruppo Cl ed un secondo gruppo di cilindri C2 in cui cicli consecutivi di accensione si alternano tra i due gruppi di cilindri.
The multitude of cylinders is divided into a first group C1 and a second group of cylinders C2, in which consecutive ignition cycles alternate between the two groups of cylinders.
Cosicché, si ha sempre l'accensione di un cilindro appartenente al primo gruppo Ci seguita immediatamente dopo dall'accensione di un cilindro appartenente al secondo gruppo 02 e poi immediatamente un altro cilindro appartenente al primo gruppo Cl, etc..
By so doing, there is always the ignition of a cylinder belonging to the first group C1 followed, immediately after, by the ignition of a cylinder belonging to the second group C2 and then another cylinder belonging to the first group C1, etc..
Il primo gruppo di cilindri ha un collettore di aspirazione ed un collettore di scarico separati rispettivamente dal collettore di aspirazione e dal collettore di scarico del secondo gruppo di cilindri.
The first group of cylinders has an intake manifold and an exhaust manifold, which are respectively separate from the intake manifold and from the exhaust manifold of the second group of cylinders.
Il primo gruppo di cilindri è controllato per essere sempre attivo, mentre il secondo gruppo di cilindri è controllato per essere attivo su richiesta.
The first group of cylinders is controlled to be always active, whereas the second group of cylinders is controlled to be active on-demand.
Al primo gruppo di cilindri è associato ad un primo turbocompressore TC1, preferibilmente unico, mentre al secondo gruppo di cilindri è associato almeno un secondo turbocompressore TC2, in cui il primo turbocompressore è tarato per offrire un boost ottimale quando il veicolo è alla velocità di crociera cioè tra i 90 e i 120 km/h. Inoltre, tale primo turbocompressore TC1 del primo gruppo di cilindri comprende dei mezzi di bypass B3/WG1 con una valvola Wastegate WG1, che collegano un punto a monte della turbina TI del primo turbocompressore TC1 con una o più turbine T2 e/o T3 del secondo TC2 e/o terzo turbocompressore TC3 relative al secondo gruppo di cilindri C2.
The first group of cylinders is associated with a first turbocompressor TC1, preferably a single one, whereas the second group of cylinders is associated with at least one second trubocompressor TC2, wherein the first turbocompressor is calibrated to offer an optimal boost when the vehicle is at the cruise speed, namely between 90 and 120 km/h. Furthermore, said first turbocompressor TC1 of the first group of cylinders comprises bypass means B3/WG1 with a Wastegate valve WG1, which connect a point downstream of the turbine T1 of the first turbocompressor TC to one or more turbines T2 and/or T3 of the second TC2 and/or third turbocompressor TC3 of the second group of cylinders C2.
Tale collegamento con la o le turbine del secondo gruppo di cilindri è realizzato in modo da aiutare l'avviamento delle stesse.
This connection to the turbine or turbines of the second group of cylinders is made so as to assist the start-up thereof.
Secondo la presente invenzione sono previste almeno due possibili alternative, senza escluderne altre equivalenti.
According to the invention, there are provided at least two possible alternatives, without excluding other equivalent ones.
Secondo una prima alternativa, detti mezzi di bypass sono collegati a valle della o delle turbine T2/T3 del secondo gruppo di cilindri secondo un dispositivo ad eiezione, meglio mostrato in figura 2, che genera una depressione a valle di tali turbine aiutandole nel relativo avviamento.
According to a first alternative, said bypass means are connected downstream of the turbine or turbines T2/T3 of the second group of cylinders according to an ejection device, better shown in figure 2, which generates a depression downstream of said turbines, thus assisting them in the relative start-up.
Secondo una seconda alternativa, almeno la T2 o una delle turbine T2/T3 del secondo gruppo di cilindri è del tipo a doppio scroll asimmetrico, con i mezzi di bypass B3 collegati con lo scroll più piccolo, vale a dire che i mezzi di bypass cono collegati a monte della turbina a doppio scroll asimmetrico, si veda figura 3.
According to a second alternative, at least T2 or one of the turbines T2/T3 of the second group of cylinders is an asymmetrical twin-scroll turbine, with the bypass means B3 connected to the smaller scroll, which means that the bypass means are connected upstream of the asymmetrical twin-scroll turbine, see figure 3.
Essendo il primo turbocompressore tarato per il punto di funzionamento tipico della velocità di crociera, quando viene richiesta maggior potenza al motore, il cosiddetto turbo-matching, ed il controllo/taratura della valvola Wastegate WG1 è tale da determinare una apertura della stessa che porta una porzione di gas esausto prodotto dal primo gruppo di cilindri a bypassare la turbina TI andando ad alimentare o comunque ad aiutare l'avviamento della turbina T2 e/o T3 con una pressoché completa eliminazione del turbolag.
Since the first turbocompressor is calibrated for the operation point that is typical for the cruise speed, when a greater power is requested to the engine, the so-called turbo-matching, the control/calibration of the Wastegate valve WG1 is such as to determine an opening thereof, which causes a portion of exhaust gas produced by the first group of cylinders to bypass the turbine T1, thus supplying - or anyway assisting the start-up of - the turbine T2 and/or T3 with an almost complete elimination of the turbolag.
Successivamente, il secondo gruppo di cilindri viene alimentato/attivato, trovando la/le relativa/e turbina/e già regimate.
Subsequently, the second group of cylinders is supplied/activated, finding that the relative turbine/s have already reduced their transients.
Quando, in condizioni di transitorio, risulta che detto secondo gruppo di cilindri è disattivo ed un valore di potenza richiesto al motore prevede l'attivazione anche del secondo gruppo di cilindri, vengono eseguiti i seguenti passi: - incremento del carburante iniettato nel primo gruppo di cilindri fino ad un predefinito livello di coppia, - apertura di una rispettiva valvola Wastegate di detto primo dispositivo di sovralimentazione con conseguente direzionamento dei gas esausti espulsi da detta valvola Wastegate verso detto secondo dispositivo di sovralimentazione in modo da facilitare la sua attivazione in rotazione e - attivazione del secondo gruppo di cilindri.
When, in transient conditions, said second group of cylinders is not active and a power value required to the engine entails activation also of the second group of cylinders, the following steps are performed:increment of the fuel injected into the first group of cylinders up to a predefined torque level,opening of a respective Wastegate valve of said first supercharging device with consequent directing of the exhaust gases expelled from said Wastegate valve towards said second supercharging device so as to facilitate activation thereof in rotation andactivation of the second group of cylinders.
Secondo una variante preferita dell'invenzione, il primo gruppo di cilindri ha un rapporto di compressione diverso da un rapporto di compressione del secondo gruppo di cilindri.
According to a preferred variant of the invention, the first group of cylinders has a compression ratio that is different from a compression ratio of the second group of cylinders.
Per rapporto di compressione si può intendere sia il rapporto di compressione geometrico, dato dal rapporto dei volumi quando il pistone è rispettivamente al punto morto inferiore e superiore, sia il rapporto di compressione effettivo che può tener conto di particolari angoli di apertura e/o chiusura delle valvole di aspirazione.
By compression ratio we can mean both the geometric compression ratio, given by the ratio of the volumes when the piston respectively is in the bottom dead centre and in the top dead centre, and the actual compression ratio, which can take into account particular opening and/or closing angles of the intake valves.
Infatti, una prematura o tardiva chiusura di esse determina una minor volume di carica nel cilindro, con un rapporto di compressione effettivo più basso.
As a matter of fact, an early or delayed closing thereof determines a smaller charge volume in the cylinder, with a lower actual compression ratio.
Preferibilmente, il rapporto di compressione del primo gruppo di cilindri CI è maggiore del rapporto di compressione del secondo gruppo di cilindri C2.
Preferably, the compression ratio of the first group of cylinders C1 is greater than the compression ratio of the second group of cylinders C2.