Brevet FR2288222A1 — publié le 19760514

On n'a pas pu Jusqu'à présent réaliser à bon compte de turbine à gaz dotée des propriétés voulues pour entraîner des véhicules légers tels que petites voitures, camionnettes et bateaux de faible tonnage ou pour servir à des usages industriels simples, c'est-à-dire ayant une structure compacte pour se loger dans un espace restreint, d'entretien économique et de bonnes performances. L'une des raisons en est que, pour entraîner comme il se doit le compresseur, on a solidarisé ou accouplé de manière inefficace son arbre avec l'arbre du rotor de turbine unique. On Jugeait de nécessaire, pour la simplicité/structure et la réduction du prix de revient, de n'utiliser qu'un seul rotor de turbine. Or, les caractéristiques d'accélération d'un ensemble ao presseur turbine , et donc de la voiture équipée de cet ensemble, sont tout à fait inacceptables si la vitesse du compresseur est liée à aelle de la turbine.L'alternative est de prévoiGn ensemble de transmission et de commande compliqué, peu souhaitable parce qu' il complique les manoeuvres, réduit le rendement et augmente le prix de revient. La présente invention propose de réaliser les arbres de rotor de compresseur et de rotor de turbine sous forme d'organes séparés, qu'on accouple ensemble à l'aide d'une transmission à rapport variable en continu pour transmettre du rotor de la turbine à celui du compresseur l'énergie exigée par tout régime de fonction neigent. I1 en résulte non seulement de bonnes performanc.s du groupe et une dconosie de carburant, mais encore une grande latitude pour conférer aax organes du groupe la disposition la plus indiquée selon l'espace disponible dans des voitures de modèles et de tailles variés. Selon un autre aspect de l'invention, on peut orienter les arbres de rotor du compresseur et de la turbine horizontalement ou verticalement et les pacer coaxialement, parallèlem'nt l'un à l'autre ou avec une certaine inclinaison relative. On peut avantageusement interposer entre les rotors les engrenages et, éventuellement, un échangeur de chaleur.Pour les groupes les plus étudiés et les plus compliqués, on peut avoir à adopter certains compromis afinXde réduire le coût et faciliter entretien du groupe. On va maintenant décrire l'invention en se référant aux dessins annexés, qui représententà a titre d'exemples,différeta groupes convenant pour voitures et bateaux légers de types divers, et sur lesquels Fig. 1 montre une diposition de principe sein l'inven- tion; Fig. 2 représente un agencement un peu plus étudié, comportant des arbres concentriques et des moyens d'accouplement de ces arbres; Fig. 3 et 4 représentent des groupes de plus grande puissance que ceux des figures 1 et 2; Fig. 5 à 8 illustrent schématiquement diverses dispositions conférées au groupe dans l'espace disponible , et Fig. 9 illustre plus en détail un mode de montage. Le groupe représenté sur la figure 2 comporte un compresseur 10, une turbine 11, une chambre de combustion 12 et un échangeur de chaleur 13. L'arbre-14 du compresseur est indépendant de l'arbre 15 de la turbine , mais lui est accouplé de façon que la puissance exigée par une telle chargeeauelconque puisse être transmise de la turbine au compresseur/à l'arbre de sortie. L'arbre 15 de la turbine est accouplé , par deux roues dentées 16 en priseà des engrenages satellites étages 17. La prise d'énergie est opérée sur le porte-satellites 18 au moyen d'une boîte de vitessesl9 comportant des étages réducteurs de marche avant et un étage de marche arrière.Le planétaire intérieur 20 de l'engrenage épicycloIdal 18 est accouplé par un arbre 21 à une transmission 22 à rapport variable eakontinu, elle-même accouplée par une roue dentée 23 à l'arbre 14 du compresseur.Ainsi, le compresseur peut continuer à fonctionner même quand le véhicule est à l'arrêt et il est aisé de l'accélérer quand le véhicule repart. Pour le freinage , une roue libre 25 est interposée entre l'arbre 21 et le compresseur 10. Quand la transmission à rapport variable en continu est du type à courroie ou d'un modèle analogue, il peut parfois être avantageux de prévoibn accouplement coulissant en sé rie avec cette transmission. Sur la figure 1, les deux arbres 14 et 15 sont en ligne, mais sur la figure 2, où les éléments homologues portent les mêmes références numériques, ils sont concentriques, ce qui rend la structure très compacte. La transmission d'énergie de la turbine à l'arbre de sortie est assurée par un simple engrenage épicycloidal 23. Ici , toutefois, la botte de vitesseslg, à étage de marche ar rière, est accouplée à une couronne dentée extérieure 24. A la transmission à rapport variable 22 est associé un embrayage 25 interposé entre la turbine motrice et le compresseur 10. Pour les cas requérant une puissance accrue et/ou de plus fortes accélérations, il est bon de prévoir dans la turbine deux rotors montés sur des arbres séparés, accouplés l'un à l'autre par l'engrenage à satellites étagés précité dans une transmission à rapport variable. Un tel groupe est représenté sur la figure 3. La partie de groupe située à gauche sur la figure a sensiblement la disposition indiquée sur la figure 1. Le premier rotor de turbine ll entraîne l'arbre de compresseur 14 au moyen d'une roue intermédiaire 26 et de la transmission à rapport variable 22, et est aus Si accouplé par un arbre 27 à un premier planétaire 28 du satellite 18 , dont le second planétaire 29 est accouplé à l'autre rotor de turbine lla. Ce rotor lia fournit de l'énergie à l'arbre de sortie ainsi qu'au compresseur pour améliorer ses accélérations et pour élever la pression opératoire,ce qui améliore l'économie. La figure 4 illustre une variante selon laquelle le premier rotor de turbine 11 est accouplé au moyen de son arbre 15 i l'un des porte-satellites de l'ensemble 18, tandis que l'arbre 30 du second rotor de turbine lia est accouplé à l'un des planétaires 31 de cet engrenage,dont le second planétaire 32 est accouplé å 11 arbre de compresseur 14 par la transmission à rapport variable 22. En variante, on peut munir l'un des rotors de turbine, de préférence celui fonctionnant à la température la moins élevée,d'un aubage d'entrée réglable. Dans toutes les réalisations décrites ci-dessus, les arbres de turbine qt de compresseur sont disposés horizontalement. Bien entendu et comme illustré par la figure 5, on peut aussi orienter ces arbres verticalement en disposant alors de préférence les rotors sensiblement dans le même plan horlpntal et en plaçant les axes de la transmission 22 et du premier étage réducteur, c'est à-dire des satellites 18,verticalement et au-dessous des rotors, 1'arbre de sortie étant accouplé par des pignons coniques 52 t à l'étage de marche arrière de la boîte de vitesaegfinale 19. Grâce à cette dispositions on accbde très facilement aux organes principaux et le iode de montage est simple. Sur la figure 6, cette disposition est modifiée du que les arbres de compresseur et de turbine sont inclinés l'un sur l'autre et disposés en V, mais le mode de montage des divers orgaF nes est essentiellement le même que sur la figure 5. On peut obtenir des agencements analogues, convenant pour des véhicules normalement munis de moteurs en V , même en montant horizontalement certains axes ou tous les axes de la turbine, du compresseur et des organes de transmission. Sur la figure 7, les arbres de turbine et de compresseur sont horizontaux et ceux des organes de transmission 18, 19 et 22 également horizontaux mais situés au-dessous des rotors. La chambre de combustion 12 est directement superposée aux rotors et l'échangeur de chaleur est divisé en deux parties 13a et 13b, montées dans des espaces latéraux extérieurs aux rotors. Tous les organes sont d'accès facile,on peut procéder à leur entretien sans démonter complètement le groupe et leur disposition est parfaitement adaptée à l'espace destiné à recevoir le moteur d'un véhicule. La figure 8 illustre une autre variante . Ici, le compresseur 10 et la turbine 11 sont centrés sur un mêmixe, incliné sur la verticale. Les organes de transmission 18, 19 et 22 sont disposés au-dessous des rotors et leurs axes sont horizontaux. L'échangeur de chaleur8t symétriquement, par rapport au plan médian,/rE ors de compresseur et de turbine et la chambre de combustion 12 occupe une position médiane entre les rotors et l'é- changeur de chaleur, directement au-dessus des organes de transmission. La figure 9 illustre un mode d'installation du groupe. Les arbres 14 du compresseur 10 et 15 de la turbine 11 sont verticalement alignés.La chambre de combustion 12 est montée directement au-dessus de ces rotors et l'échangeur de chaleur 13, annulaire, entoure cette chambre. L'air est admis à travers un ensemble filtre-silencieux d'admission 33 et contourne le groupe par dessous. Du compresseur, il passe, par des passages non représentés, au réchauffeur d'air,puis à la chambre de combustion, d'où les gaz atteignent le rotor de turbine puis, à travers le réchauffeur, une sortie 34. Le réchauffeur d'air'jougie rôle de silencieux d'échappement. L'arbre de turbine 15 est accouplé par un engrenage simple 35 à la transmission 22, à rapport variable en continu, qui entraîne d'une part, au moyen d'un seul engrenage 36, l'arbre de compresseur et agit d'autre part de manière classique, au moyen d'un arbre de sortie 37, sur le différentiel porté par l'undes essieux 38 du véhicule. Ainsi, les axs de tous les organes de transmission sont verticaux. Les organes de transmission sontsitués près des rotors de turbine et de compresseur.Dans ce cas aussi, tous les organes principaux et alililiaires sot faciles à démonter et à aaeindre par en haut. Le groupe se prête à être placé tant à l'arrière qu'à l'avant du véhicule et à entraîner les roues avant ou arrière ou éven tellement les quatre roues. Grâce à sa faible hauteur, le groupe se prête aussi à être monté au centre d'un véhicule pour entraîner deux ou quatre roues, la prise d'énergie étant opérée sur l'arbre de turbine ou l'arbre de compresseur. L'échangeur de chaleur peut etre soit du type fixe, à récupération, soit rotatif et peut être à circulation axiale ou radiale. Dans ce dernier cas, les passages radiaux peuvent être rectilignes,/être arqués de façon à maintenir la direction de circulation constante et/ou à offrir la section de passage souhaitée; de plus, ils impriment ainsi avantageusement un mouvement rotatoire à l'air arrivant dans la chambre de combustion. Les modes de réalisation décrits ne sont cités qu'à titre d'exemples et l'on pourra bien entendu leur apporter diverses modifications et variantes rentrant dans le cadre de l'invention, défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Groupe moteur à turbine à gaz pour véhicule automobile, comportant un compresseur et une turbine, caractérisé en ce que l'arbre 14 du rotor de compresseur et l'arbre 15 du rotor de turbine sont réalisés séparément l'un de l'autre et accouplés ensemble par une transmission 22 à rapport variable en continu, destinée à transmettre du rotor de turbine 11 au rotor de compresseur 10 l'énergie nécessaire pour tout régime de fonctionnement. 2. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de turbine 15 et l'arbre de compresseur 14 sont accouplés ensemble au moyen d'un premier engrenage 18 du type satellite et en ce qu'un second engrenage 19, comportant éventuellement des étages réducteurs et un étage de marche arrière,est monté sur bre de sortie de premier engrenage. 3. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les rotors de compresseur 10 et de turbine 11 sont montés dans le même plan horizontal sur des arbressensiblement verticaux, le premier engrenage 18 et la transmission à rapport variable 22 présentant aussi des axes verticaux et étant situés au-dessous des deux rotors, le premier engrenage 18 étant accouplé au second engrenage 19 par des pignons coniques 32'. 4. Groupe sinon la revendication 3, caractérise en ce que les arbres de turbine et de compresseur , inclinés l'un sur l'autre, sont disposés en V. 5. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les rotors du turbine llet du compresseur 10 présentent des arbres verticaux montés en ligne, les axes de la transmission à rapport variable et des deux engrenages étant aussi verticaux et l'arbre de sortie 37 agissant directement sur le différentiel 38 du véhicule. 6. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la turbine comporte deux rotors 11, lla montés sur des arbres séparés 15, 30 dont le premier est accouplé, par la transmission à rapport variable 22,à l'arbre de compresseur 14 et à un planétaire d'un engrenage différentiel étagé 18, auquel le second rotor de turbine lla est aussi accouplé. 7. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que turbine comporte deux rotors Il, lla montés sur des arbres séparés 15,30 accouplés ensemble par un ensemble satellite étagé 18, dont un planétaire est accouplé par la transmission à rapport variable à l'arbre de compresseur 14.