Brevet FR2338382A1 — publié le 19770812

La présente invention concerne un dispositif perfectionné de sural mentation des moteurs à combustion interne. Plus précisément l'invention se rapporte à ceux des dispositifs de suralimentation qui reçoivent ,, des gaz d'échappement, l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Ce type de dispositif comporte généralement un organe moteur, tel qu'une turbine, qui est actionné par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. La turbine entraîne un organe compresseur adapté à augmenter la pression de l'air avant son introduction dans le moteur. De plus grandes quantités d'air, et simultanément de combustible, sont admises dans le moteur à combustion interne, dont la puissance nominale se trouve augmentée sans que le moteur ait subi de modifications notables de son poids ou de son encombrement. En raison des avantages indiqués ci-dessus,la suralimentation des moteurs à combustion interne est souvent utilisée pour les moteurs qui équipent certaines installations, pour lesquelles les considérations de poids et d'encombrement sont importantes. La suralimentation des moteurs trouve également des applications dans le domaine des véhicules routiers pour lesquels on désire, aux faibles régimes, moteur accroître le couple'dans le but de faciliter la "reprise",c'est à dire l'augmentation rapide de la vitesse du véhicule. Généralement, dans ce cas, on utilise un ensemble turbine-compresseur capable d'assurer la suralimentation désirée du moteur lorsqutil fonctionne à bas régime, et un organe adapté à modifier la caractéristique naturelle de l'ensemble turbine-compresseur pour limiter à des valeurs acceptables la suralimentation du moteur. lorsque son régime de fonctionnement est élevé. Dans la pratique cet organe est prévu pour limiteur le débit de gaz d'échappement passant à travers la turbins ce qui diminue la puissance de la turbine et la pression de l'air à la sortie du compresseur accouplé à la turbine. De cette façon on obtient une modification de la caractéristique de l'ensemble turbine-compresseur ou turbosoufflante qui, sans cela, fournirait une pression de suralimentation croissant avec la vitesse de rotation du moteur (ou régime du moteur) puisque le débit des gaz d'échappement est proportionnel au régime du moteur. Dans toutes ces applications, un des problèmes à résoudre est d'empêcher, ou tout au moins de limiter, l'augmentation de la pression à la sortie de la turbine. Cette augmentation de pression, qui nuit au bon fonctionnement de la turbine, est d'autant plus importante que le régime du moteur est élevé, mais elle dépend aussi de la perte de charge dans la partie du circuit d'écoulement des gaz d'échappement située en aval de la turbine. Le plus souvent, pour des raisons d'encombrement, on est conduit à employer, dans cette partie du circuit d'évacuation des gaz,des pots d'échappement qui accroissent considérablement les pertes de charge, et des tuyauteries de dimensions inférieures à celles préconisées par les constructeurs de turbines. Le dispositif perfectionné de suralimentation des moteurs à combustion interne que propose la présente invention permet de résoudre très simplement ce problème sans nécessiter de modifications importantes et donc coûteuses des dispositifs antérieurement connus. Tous les avantages de l'invention pourront être appréciés à la lecture de la description d'un mode non limitatif de réalisation illustrée par les figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de suralimentation d'un moteur à combustion interne actionné par les gaz d'échappement et - les figures 2 à 5 montrent des exemples de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 le moteur à combustion interne, qui dans cet exemple non limitatif est un moteur à allumage commandé, est indiqué-par la référence 1. Ce moteur est équipé d'un carburateur 2, d'une pipe d'admission 3 et d'une pipe d'échappement 4. La suralimentation du moteur 1 est assurée par une turbo-soufflante désignée dans son ensemble par la référence 5. Cette turbo-soufflante, qui dans le cas représenté est alimentée en énergie par les gaz d'échappement du moteur 1, comporte essentiellement une turbine 6 et un compresseur d'air ou soufflante 7, accouplé mécaniquement à la turbine 6, comme schématisé en 8. L'entrée 9 de la turbine est reliée par une tubulure 1C à la pipe d'échappement 4 du moteur 1, tandis que la sortie 11 de la turbine est connectée à une tubulure 12 d'échappement qui, dans la plupart des cas, est placée en série avec au moins un pot d'échappement (non représenté). L'entrée 13 du compresseur 7 reçoit l'air ambiant après filtrage (llon représenté),tandis que la sortie 14 est connectée à l'admission du moteur 1 par une tubulure 15 comportant éventuellement des moyens de refroidissement de l'air, qui peuvent être de tout type connu. Dans le cas représenté par la figure 1, la suralimentation du moteur est automatiquement limitée pour les régimes élevés de fonctionnement du moteur. Cette limitation est obtenue par l'ouverture d'un clapet 17 qui met en communi- cation l'entrée 9 et la sortie Il de la turbine 6, ce qui permet de dériver directement vers la tubulure 12 un débit plus ou moins important de gaz d'échappement produit par le moteur I. La commande du clapet 17 est assurée par un piston 18 relié au clapet 17 par une tige de commande 19. Ce piston peut se déplacer dans un cylindre 20 en fonction des efforts appliqués sur chacune de ses faces. Le premier de ces etforts, exercé par un ressort taré 21, tend à appliquer le clapet 17 sur son siège 17a pour supprimer toute communication entre l'entrée 9 et la sortie 11 de la turbine, tandis que l'effort appliqué sur la face opposée du piston 18 est fonction de la pression dans la pipe d'admission 3 du moteur 1, cette pression étant transmise par une conduite 22 reliant la pipe d'admission 3 et le cylindre 2C et exerçant sur le piston 18 un effort opposé à celui du ressort 21 pour écarter le clapet 17 de son siège 17a et permette la dérivation d'une certaine quantité de gaz d'échappement directement vers la tubulure 12 sans traverser la turbine 6. te fonctionnement de l'ensemble décrit ci-dessus est simple. Pour les vitesses de rotation peu élevées du moteur(ou faibles régimes) le ressort 21 maintient le clapet 17 contre son siège 17-a. La totalité des gaz d'échappement issus du moteur 1 actionne la turbine 6 qui entraine la soufflante 7 en rotation. Celle-ci délivre dans la tubulure 15 de l'air à une pression supérieure à la pression atmosphérique ce qui permet d'introduire dans chaque cylindre du moteur 1 une masse de combustible plus grande. Lorsque le régime du moteur croit, le débit de gaz d'échappement produit par le moteur augmente et la turbine 6 reçoit une énergie d'entviinement plus grande. Le compresseur 7 délivre alors de l'air sous une pression íus élevée. Grâce à la canalisation-22 cette pression est appliquée sur l'une des faces du piston 18. Lorsque cette pression atteint en croissant une valeur limite correspondant au tarage du ressort 21, le clapet 17 est écarté de son siège 17a et une fraction des gaz d'échappement est directement évacuée vers la tubuture 12 sans traverser la turbine 6. Il en résulte que l'énergie reçue par la turbine n'est plus proportionnelle au débit des gaz d'échappement produits par le moteur et donc au régime de fonctionnement de ce moteur. Quand le régime de fonctionnement du moteur décroit notablement et que la pression à l'admission du moteur diminue au dessous de la valeur limite indiquée précédemment le ressort 21 applique le clapet 17 sur son siège 17a Comme on l'a indiqué précédemment, on constate que la pression à la sortie de la turbine 6 varie de la même façon que le débit des gaz d'échappement produits par le moteur 1, autrement dit la pression à la sortie de la ture bine 6 est d'autant plus grande que le régime de fonctionnement du moteur est élevé. Pour empêcher, ou tout au moins réduire cette augmentation de pression à la sortie de la turbine 6, l'invention propose de créer une dépression à la sortie de la turbine, à l'aide de moyens appropriés. Ces moyens pourront etre de tout type connu, tels que, par exemple mais non exclusivement , un éjecteur E placé dans la tubulure 12 d'échappement des gaz, à l'endroit approprié choisi par le technicien pour obtenir l'efficacité désirée de l'éjecteur dont le but est d'accélérer l'écoulement des gaz d'échappement dans la tubulure 12. Cet éjecteur pourra être alimenté par un gaz sous pression fourni par une source appropriée, mais de préférence, comme le montrent les figures 2 et 3, l'éjecteur E sera alimenté par une fraction des gaz d'échappement produits par le moteur 1. Dans le mode de réalisation représenté par la figure 2 l'éjecteur E est relié à la tubulure 1O par une canalisation 23 de diamètre déterminé. Dans ces conditions, l'éjecteur est alimenté en permanence avec un-débit croissant avec la vitesse de rotation du moteur. Dans le mode de réalisation illustré .sur la figure 3,qui met en oeuvre un dispositif à clapet pour limiter la suralimentation du moteur à combustion interne,l'éjecteur E communique directement par la canalisation 23 avec le dispositif limiteur, de sorte que l'action de l'éjecteur E ne se manifeste que pour les régimes élevés du fonctionnement du moteur et cette action sera d'autant plus efficace que le régime du moteur sera plus élevé. Des modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple le clapet 17 dont l'action est progressive pourra être remplacé par un dispositif ayant deux positions, l'une d'elle mettant en communication l'éjecteur E et la tubulure le. L'éjecteur pourra dans une variante de réalisation être alimenté en air sous pression fourni par le compresseur 7, au moyen d'une canalisation de section calibrée 24 (fig 4) ou d'un clapet taré 25 s'ouvrant automatiquement en fonction de la valeur d'un paramètre caractéristique du régime de fonctionnement du moteur tel que par exemple la pression de l'air à la sortie du compresseur (fig 5), la pression des gaz à l'entrée ou à la sortie de la tubulure (fig 6 et 7) etc... REVENDICATIONS 1. Dispositif perfectionné de suralimentation d'un moteur à combustion interne-comportant une admission d'air, et un circuit d'évacuation des gaz d'échappement produits par le moteur, ce dispositif comprenant une turbine placée en série dans le circuit d'évacuation des gaz d'échappement et un compresseur d'air, actionné par la turbine pour augmenter la pression de l'air alimentant le moteur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à diminuer la pression à la sortie de la turbine. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens créent à la sortie de la turbine une diminution de pression d'autant plus importante que le débit- des gaz d'échappement produits par le moteur est élevé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un éjecteur placé dans la portion du circuit d'évacuation des gaz située en aval de la tubulure, en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement, cet éjecteur étant relié par une canalisation calibrée à la portion du circuit d'évacuation des gaz d'échappement comprise entre le moteur et la turbine. 4. Dispositif selon une des revendication 1 ou 2, comportant un organe limiteur du débit maximum de gaz d'échappement traversant la turbine en dérivant une fraction des gaz d'échappement produits par le moteur, directement vers la sortie de la turbine, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un éjecteur placé dans la portion du circuit d'évacuation des gaz d'échappement située en aval de la turbine en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement en ce que ledit éjecteur est alimenté en gaz d'échappement par l'organe limiteur. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un éjecteur placé dans la portion du circuit d'évacuation des gaz située en aval de la turbine en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement,cet éjecteur étant relié à la sortie du compresseur d'air par une canalisation calibrée. 6. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits-moyens sont constitués par un éjecteur placé dans la portion du circuit d'évacuation des gaz d'échappement située en aval de la turbine en considérant le sens d'écoulement des gaz d'échappement, cet éjecteur étant relié à la sortie du compresseur d'air par un clapet taré. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit clapet est adapté à permettre automatiquement l'alimentation dudit éjecteur par l'air comprimé fourni par le compresseur lorsque la valeur d'un paramètre caractéristique du fonctionnement du moteur a atteint une valeur déterminée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit paramètre est la pression de l'air à la sortie du compresseur. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit paramètre est la pression des gaz d'échappement à l'entrée de la turbine. le. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit paramètre est la pression des gaz d'échappement à la sortie de la turbine.