Brevet FR2035147A1 — publié le 19701218

i 2035147 La présente invention concerne un agencement de turbocompresseur pour moteur à combustion interne. Les turbocompresseurs de type classique sont normalement prévus pour fonctionner de façon efficace dans une gamme donnée 5 d'utilisation du moteur. Lorsque le moteur est utilisé en dehors de cette gamme, la quantité d'énergie des gaz de sortie du moteur descend souvent au-dessous du niveau nécessaire pour que le turbocompresseur fonctionne de façon efficace. C'est ainsi, par exemple, que lorsque le moteur fonctionne au ralenti, ou à faible vitesse, 10 l'écoulement des gaz d'échappement peut se révéler insuffisant pour entraîner le turbocompresseur à la vitesse nécessaire pour fournir au moteur la quantité d'air assurant son fonctionnement convenable. L'invention a pour objet de remédier à ces difficultés par l'emploi d'une vanne à volet simple et durable, disposée sur 15 l'admission de la turbine de turbocompresseur et servant à l'entraîner de façon efficace au cours de toutes les phases du fonctionnement du moteur. La turbine comprend un crarter présentant une cloison annulaire logée dans une chambre, et divisant celle-ci en deux compartiments annulaires. Le volet de vanne est monté de 20 façon pivotante sur l'admission de la turbine, de manière à être pratiquemrnent coplanaire avec cette cloison au cours de la majeure partie des phases du fonctionnement du moteur. Mais, au fonctionnement ralenti ou à faible vitesse par exemple, le volet pivote vers une position qui ferme l'entrée de l'un de ces compartiments. 25 De la sorte, la totalité des gaz d'échappement du moteur est envoyée dans l'autre compartiment, de manière à maintenir la vitesse du turbocompresseur à une valeur acceptable efficace. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre 30 d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue avant en élévation, partiellement en coupe, d'un turbocompresseur monté sur le collecteur d'échappement d'un moteur et comportant une vanne de commande conforme à 35 l'invention s - la figure 2 est une vue latérale en élévation, partiellement en coupe, du turbocompresseur dê la figure 1 et des éléments associés ; 70 09746 2 2035147 - les figures 3 à 6 sont des vues partiellement en coupe de diverses variantes de la vanne de commande. Le turbocompresseur représenté sur la figure 1 comprend une turbine 10 et un compresseur ou soufflante 11. Ce turbocompres-5 seur peut être convenablement adapté au collecteur d'échappement 12 d'un moteur à combustion interne, au moyen d'un raccord 13. La turbine comprend un rotor 14 calé à une extrémité d'un arbre 15, tournant sur des paliers, autour de son axe longitudinal. Un rotor 16 de compresseur est calé à l'autre extrémité de cet arbre, 10 Le turbocompresseur peut être du type décrit dans le brevet des EUA numéro 3 270 495. En particulier, la turbine comprend un carter 17 fixe et de préférence sans aubage, muni d'une cloison annulaire 18 qui lui est fixée, approximativement à angle droit de l'axe longitudinal de l'arbre 15. Le diffuseur de la turbine se 15 trouve ainsi divisé en deux compartiments annulaires 19 et 20, de manière à diriger les gaz d'échappement provenant du distributeur d'échappement, radialement vers l'intérieur, et vers cet axe longitudinal. Les gaz traversent ensuite les passages à ailettes ména-20 gés sur le rotor, et s'échappent par un orifice annulaire 21. Le rotor a pour rôle de faire tourner l'arbre 15 et le rotor du compresseur, de manière à refouler l'air ambiant depuis une admission 22 vers une sortie 23. Cette sortie est prévue pour être convenablement fixée sur le collecteur d'admission d'un moteur à 25 combustion interne, afin de l'alimenter en air de combustion. Au cours des phases critiques de ralenti et de faible vitesse du moteur, la vitesse d'un turbocompresseur classique a normalement tendance à tomber au-dessous de la valeur nécessaire pour assurer un fonctionnement convenable du moteur". En vue de 30 maintenir la vitesse du turbocompresseur à la valeur convenable, au cours de toutes les phases du fonctionnement du moteur, il est prévu une vanne à volet 24 à l'admission de la turbine. Comme on l'expliquera, plus loin de façon plus'détaillée, cette vanne est conçue pour pivoter vers sa position 24', au cours des phases 35 critiques mentionnées ci-dessus de fonctionnement du moteur, en vue d'envoyer la totalité des gaz dans le compartiment 20. La vanne est montée de façon pivotante dans le raccord 13 70 09746 3 2035147 à l'aide -d-'un. axe de pivotement 25 de manière à faciliter son introduction dans un tiœbocûmpresseur classique. Un levier 26 (figure 2) est calé sur cet axe de pivotement, avantageuse à l'extérieur du turbocompresseur. Un axe 27 articule le levier sur 5 une tige 28 qui fait partie d'un organe de commande servant à actionner la vanne automatiquement ou manuellement. Lorsque cette vanne est prévue pour le fonctionnement automatique, la tige 28 peut être reliée mécaniquement à l'aide de tringleries (non représentées) à une tige 29 de piston 30 10 fixé à son autre extrémité. Ce piston peut être monté de façon à effectuer un mouvement de va-et-vient dans un carter 31, dans lequel est logé un ressort à boudin 32 qui normalement sollicite le piston vers la position 30*, représentée en traits interrompus. On peut faire dépendre le mouvement de va-et-vient du piston 15 d'un paramètre variable de fonctionnement du moteur, comme par exemple une source de fluide à différences de pressions, représentée schématiquement en 33• Cette source peut être la pression d'air vàriable qui règne dans le collecteur d'admission du moteur ou à la sortie 23 20 du compresseur 11, par exemple. Une conduite 34 peut être montée entre la source 33 et le carter 31, de manière à exercer en permanence cette pression d'air variable dans une chambre 35 ménagée » à l'extrémité tête du piston 30. De la sorte, lorsque la pression d'air dans le collecteur du moteur tombe au-dessous d'une valeur 25 donnée (au cours du fonctionnement au ralenti ou à faible vitesse du moteur), une chute de pression correspondante est produite dans la chambre 35. Par cette chute de pression, le ressort de compression 32 entraîne le piston 30 vers la droite jusqu'à sa position 30', 30 représentée en traits interrrompus. Ce déplacement, à son tour, fait pivoter le volet 24 de vanne jusqu'à sa position 24' de butée, représentée en traits-interrompus, par l'intermédiaire des tiges 28 et 29, de leurs tringleries intermédiaires du levier 26. De la sorte, la vanne empêche les gaz d'échappement de s'écouler dans le 35 compartiment 19 de la chambre et d'envoyer la totalité de l'écoulement de gaz dans le compartiement 20. La restriction de l'écoulement des gaz tend à augmenter 70 09746 4 2035147 la vitesse de oet écoulement conformément à la formule fondamentale Q-AV, dans laquelle Q est le débit de gaz, A,1a surface d'admission à la turbine, déterminée par la position de la vanne, et V, la vitesse de l'écoulement des gaz. Il en résulte que le rotor 14 tourne 5 à une vitesse supérieure à celle qu'il aurait si les deux compartiments étaient reliés au collecteur d'échappement. Il y a lieu de remarquer que la vanne, représenté.sur les figures 1 et â a.une forme rectangulaire (figure 2) qui s'adapte à la forme d'une chambre 36 du raccord 13 à section transversale 10 rectangulaire correspondante. Cette section rectangulaire est conforme aux sections rectangulaires formées par une admission 37 carter 17 de la turbine et par la sortie 38 du collecteur d'échappement. Toutefois, il faut remarquer que d'autres formes pourraient être utilisées. 15 La figure 3 représente, par exemple, une variante, dans laquelle une chambre 36a d'un raccord 13a présente une section trâhsversale circulaire, à savoir que la chambre 36a est un cylindre droit. Un bord inférieur 39 d'un volet 24a peut être arrondi pour épouser la forme circulaire de la paroi intérieure du raccord 20 délimitant la chambre 36a lorsque ce volet pivote et vient s'appliquer de manière à fermer le compartiment 19. Sur les figures 3 à 6, les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par les- mêmes chiffres de réfé- * rence, accompagnés des indices a, b, ç_ et d. Bien entendu, les élé-25 ments complémentaires représentés sur les figures 1 et 2, mais mis sur les figures 3 et 6 sont utilisés dans les formes de réalisation correspondant à ces dernières. La forme de réalisation représentée sur la figure 4 com— .prend une cloison verticale 40 pratiquement coplanaire à la cloison 30 18b et au volet 24b lorsque ce dernier est en position normale non pivotée. Une partie 41 du collecteur se trouve de la sorte maintenue en communication directe avec deux lumières d'échappement d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres par exemple, tandis qu'une partie 42 de ce collecteur communique étroitement 35 avec les deux autres lumières d*échappement. Lorsque le vdlet se déplace vers sa position 24S, les gaz d'échappement provenant des quatre lumières se dirigent seulement vers le compartiment 20b, 70 09746 5 2035147 de manière à augmenter la vitesse de la turbine .au cours des phases critiques^de-fonefeioimement du moteur décrites ci-dessus. La forme de Téalisation représentée sur la figure 5 est analogue à celle qui est représentée sur la figure 4, en ce sens 5 que les parties 4lç_ et 42c. du distributeur d'échappement sont normalement maintenues en communication étroite avëo une moitié des lumières d'échappement du moteur. Toutefois, il y a lieu de remarquer que l'bn n'utilise pas de raccord intermédiaire, aitrement dit, te sertie du distributeur d'échappement est fixée directement sur le carter de 10 la turbine. De plus le volet 24c, est monté de façon pivotante à l'aide d'un axe de pivotement 25ç. directement sur le collecteur d'échappement. La forme de réalisation représentée sur la figure 6 est analogue à celle de la figure 5j avec cette différence toutefois 15 que l'on n'utilise pas de eloison dans le distributeur d'échappement pour diviser l'échappement des gaz vers la turbine en courants distincts. En particulier, toutes les lumières d'échappement sont reliées directement entre elles et mélangent les gaz de sortie avant leur envoi dans la. turbine. 20 Bien entendu^ diverses modifications peuvent être appor tées par l'homme 'de l-'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 09746 J 6 2035147 REVENDICATIONS 1 - Dispositif à turbocompresseur pour moteur à combustion interne comprenant une turbine qui comporte un carter à orifice d'admission destinée à un collecteur d'échappement de moteur, un 5 rotor monté dans ce carter de manière à tourner autour de son axe longitudinal et une cloison annulaire agencée dans une chambre de ce carter et sensiblement perpendiculaire à ce dernier et divisant la chambre en deux compartiments annulaires, Ge dispositif étant carac^ térisé par une vanne à volet pivotante sur l'admission de ce carter 10 de manière à être normalement coplanaire à cette cloison annulaire et un organe de commande servant à faire pivoter à volonté ce volet de manière à fermer l'admission de l'un de ces compartiments. 2 - Dispositif selori la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur d'échappement de moteur à combustion interne 15 est raccordé par une sortie à ladite admission du carter, en vue d'envoyer les gaz d'échappement du moteur, à travers ladite vanne, dans lesdits compartiments annulaires. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par un raccord annulaire monté entre ladite admission du carter et la- 20 dite sortie du collecteur d'échappement, ledit volet étant monté de façon pivotante sur ce raccord. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite sortie du collecteur d'échappement est fixée directement sur ladite admission du carter, ledit volet étant monté 25 de façon pivotante sur ledit collecteur d'échappement. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit, collecteur d'échappement comprend un dispositif de cloison coplanaire au volet, lorsque ce dernier est maintenu en position normale, de manière à constituer normalement deux par- 30 ties distinctes de ce collecteur d'échappement dont chacune communique directement avec l'un desdits compartiments annulaires. 6 - Dispositif selon la revendication 5» caractérisé par un raccord annulaire monté entre ladite admission du carter et ladite sortie du collecteur d'échappement, le clapet étant monté de 35 façon pivotante sur ce raceord. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite commande comprend un dispositif servant à faire pivoter automatiquement ledit volet de manière à fermer l'admission vers l'un desdifcs compartiments sous l'effet des variations de pression d'aii» qui se produisent dans le collecteur d'admission du moteur à combustion interne.