Brevet FR2010974A1 — publié le 19700220

La pressente invention eorcerne an nouveau procede de haute suralimentation des moteurs niesel. Ce procédé a polir hut d'augmenter les paramètres thermo- énergétiques du moteur en diminuant l'ex@ès d'air@ d'augmenter la caractéristique "section-temps" du processus d'admission (dans le but d'augmenter le rendement volvmétrique), et également de protéeer les aubes de la turbine à contre la sollicitqtion thermique provoquée par les gaz d'éehapnement. Les procedes actuels de suralimentation des moteurs conduisent en même temps qu a une augmentation de la pression de suralimentation a une augmentation de la quantité d'air qui entre dans les cylindres, permettant ainsi l'augmentation de la quantité de combustible injectée dans un cycle. La charge énergétique au maximum des cylindres mise en évidence par l'obtention de la pression moyenne effective au maximum, pourrait être realisee par l'utilisation de la quantité d'air admise dans les cylindres, correspondant au mélange stoechiométrique (le coefficient de l'exces d'air 2 = 1). Dans ce cas la température des gaz d'échappement atteindrait une valeur extrêmement élevée pour un rapport de compression donné. Du point de vue fonctionnel, la température des gaz d'échappement est limitee par la résistance du matériau constituant les aubes de la turbine a gaz. Ces températures, au niveau actuel du développement de la technologie des turbocompresseurs, sont comprises entre 650 et 700 C. La limite de température impose l'utilisation de valeurs élevées pour l'excès d'air (A- 2.....2,2), dans le cas des moteurs a haute suralipentation ce qui équivaut à ne pas utiliser une partie importante du volume utile du cylindre et représente un obstacle devant l'augmentation de la puissance du moteur. Du point de vue constructif, les grands exces d'air imposent aux moteurs Diesel de grands volumes utiles des cylindres, ce qui conduit a des moteurs de grandes dimensions et de poids élevé. Le procédé selon l'invention de suralimentation en dérivation des moteurs a combustion interne, mono ou polycylindriques, a deux ou quatre temps, remedie ceS inconvénients par le fait que, dans le premiere variante, le citcuit d'air de suralimentation est constitué, au moins de deux ramifications d'air, dont la premiere conduit l'air aux cylindres du moteur et la deuxieme est une dérivation d'air débouchant dans la conduite d'échappement, devant la turbine a gaz la quantité d'air dérivée étant réglée proportionnellement a la charge du moteur (c'est-a-dire la quantité de combustible injectée dans un cycle) par une liaison cinématique avec la crémaillere de la pompe d'injection.Dans la deuxieme variante, le flux d'air, pendant les temps d'échappement et d'admission, est dirigé par un papillon oscillant en liaison cinématique avec la distribution du moteur, papillon qui ferme l'acces de l'air qui se trouve de @s la @@@duite d'alimentation vers la soupape commune d'échappement et d'ad m@@@@@@ @pendant le temps d'échappement) et permet l'accès de l'air frais dans le cylindre par la soupane commune d'échappement et d'admission en parallèle avec la soupape d'admission (pendant le temps d'admission). Deux formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemple. en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma illustrant le procédé de suralimentation par simple dérivation de l'air (deux ramifications de la conduite d'alimentation a l'air) - la figure 2 est un schéma illustrant le procédé de suralimentation par double dérivation de l'air (trois ramifications de la conduite d'alimentation à l'air) pendant le temps d'échappement - la figure 2A est un schéma illustrant le procédé de suralimentation par dou ble dérivation de l'air pendant le temps d'admission. Le procédé de suralimentation par simple dérivation illustré sur la figure I est réalisé a l'aide des éléments suivants : un cylindre moteur 1, une soupape d'admission 2, une soupape d'échappement 3, une conduite d'admission 4 une conduite d'échappement 5. une conduite de dérivation 6, un papillon de réglage 7 une crémaillère de la pompe d'injection 8, une turbine à gaz 9 et un compres- seur centrifuge- 10. Le procédé de suralimentation par double dérivation illustré par les figu res 2 et 2A est réalisé a l'aide des mêmes éléments que ceux représentés sur la figure 1, auxquels on ajoute la conduite de dérivation 11 et le papillon de distribution 12. I1 faut préciser, en ce cas, que l'élément 3 est dénommé sou- pape d'échappement et d'admission, te fonctionnement des moteurs à suralimentation par simple dérivation conformément à la figure 1 se réalise de la manière suivante La quantité d'air fournie par le compresseur centrifuge 10 est divisée en denx ramifications 4 et 6.La quantité d'air véhiculée dans la conduite d'ali- mentation 4 pénetre dans le cylindre moteur I par la soupape d'admission 2 tan- dis que la quantité véhiculée dans la conduite de dérivation 6 pénetre das la conduite d'échappement 5. Au furet mesure que la quantité de combustible injectée dans le cylindre 1 augmente, (l'excès de l'air étant réduit d'une ma- nière correspondante) la température des gaz qui s'échappent par la soupape 3 s'élève. Dans la même mesure: le papillon de réglage 7. placé dans la conduite de dérivation 6 s'ouvre permettant la pénétration dans la conduite d'échappe- ment 5 d1"ne quantité d'air frais qui dilue des gaz d'échappement, en baissant leur température. qui est ainsi maintenue dans des limites admissibles (650 700 C) peur un. fonctionnement convenable des aubes de la turbine à az. 1.-a qu@ntité d'air dérivée est proportionnelle à la quantité de combus@@ble injectée dans un cycle par la corrélation entre la course de la @rémaillère de la pompe d'injection et le mouvement de rotation du papillon de réglage 7.C'est ainsi que la température des gaz qui pénètrent dans la turbine reste constante lorsque leur quantité augmente. Par conséquent la puissance développée par la turbine augmente, assurant en même temps l'augmentation du débit d'air fourni par le compresseur 10. La figure I représente le schéma fonctionnel pour un cylindre, le fonctionnement du moteur polycylindrique étant similaire. Le fonctionnement des moteurs suralimentés a double dérivation, conformément aux figures 2 et 2A, se réalise de la maniera suivante La conduite de dérivation 6 a le même rôle que dans la figure précédente (la dilution des gaz d'échappement). ta conduite de dérivation 11 débouche dans la conduite d'échappement 5, en amont de la conduite 6 la section de confluence étant contrôlée par le papillon de distribution 12. La conduite 11 accomplit les fonctions suivantes - pendant le temps d'échappement (fig. 2) le papillon 12 ferme l'acces de l'air frais. L'air pénètre dans la conduite d'échappement 5 par la conduite de dérivation 6, le phénomène étant décrit en regard de la figure 1. - pendant le temps d1admission, par rotation du papillon 12, on assure l'accès de l'air frais dans le cylindre 1 par la soupape 3, qui reste ouverte pendant cette période, parallèlement à la soupape d'admission 2. La soupape 3 est, dans ce cas, une soupape commune d'échappement et d'admission, fonctionnant successivement. Cette solution permet de doubler la "section-temps" de l'admission le résultat étant une augmentation considérable du rendement volumétrique. Dans cette solution. la soupape d'échappement et d'admission est refroidie par le jet d'air frais qui passe de la conduite de dérivation dans le cylindre. tes lois de mouvement de la soupape d'échappement et d'admission 3 et du papillon de dérivation 12 sont donnés par des cammes ayant des profils convenables. tes avantages du nouveau procédé de suralimentation sont les suivants - il assure l'augmentation de la puissance du moteur par l'augmentation de la pression moyenne effective qui suit la baisse de l'excès d'air pendant la période de combustion. - il permet de doubler la "section-temps" du processus d'admission en permettant l'augmentation du rendement volumétrique et, par conséquent l'augmentation de la vitesse de rotation du moteur. - il assure la protection de la turbine à gaz contre la sollicitation thermique accrue tion des gaz d'échappement avec de l'air frais, en corrélation avec la quantité de combustible injectée. - il assure un refroidissement efficace de la soupape d'échappement par le courant dtair frais qui entre dans le cylindre, pendant le temps d'admis sion, auprès de cette soupape. REVENDICATIONS I.- Procédé de suralimentation en dérivation des moteurs à combustion interne. monocylindriques ou polycylindriques; à deux ou quatre temps, a distribution par soupapes d'admission et d'échappement distinctes ou par soupapes d'admission et d'échappement communes, caractérisé en ce que le circuit d'air de suralimentation comprend au moins deux ramifications d'air, l'une conduisant l'air aux cylindres du moteur et la deuxième etant une dérivation d'air débouchant dans la conduite d'échappement, devant la turbine a gaz, la quantité d'air dérivé étant réglée de maniere à etre directement proportionnelle a la charge. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande de l'air dérivé 7 est en liaison cinématique proportionnelle avec la crémaillere de la pompe d'injection. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2; caractérisé en ce que, dans le cas de moteurs avec une distribution des gaz par des soupapes d'admission 2 et des soupapes communes d'échappement et d'admission 3, le flux d'air est dirigé par un papillon oscillant 12, lié cinématiquement avec la distribution du moteur, vers la conduite d'échappement pendant le temps d'échappement et vers les cylindres du moteur pendant le temps d'admission. 4,- Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que pendant le temps d'admission, l'air de suralimentation s'écoule dans les cylindres du moteur par la soupape d'admission 2 et par la soupape commune d'échappement et d'admission 3, qui reste ouverte pendant les temps d'échappement et d'admission.