Brevet FR2404748A1 — publié le 19790427

L'invention concerne une installation motrice comprenant un moteur à combustion interne et une pompe auxiliaire qui débite sur au moins un appareil consommateur. Des installations motrices du genre défini ciadessus peuvent être montées aussi bien à poste fixe que sur des véhicules Dans ce dernier cas, les appareils consommateurs de fluide hydraulique peuvent être constitués par exemple par le circuit de frein, la direction hydrostatique ou d'autres.appareils à commande hydraulique. Sur des véhicules spéciaux tels que tractevrsS engins de terrassement et machines agricoles, on trouve d'autres appareils consommateurs de fluide hydrauliques, en particulier des chargeurs frontaux, des mécanismes de fauchage, etc. Jusqu'ici, les pompes auxiliaires étaient entrainées par l'arbre du moteur, par l'intermédiaire d'une "chaîne cinématique". Le débit de la pompe est donc proportionnel à la vitesse du moteur. Dans tous les cas où un débit variable est exigé par le ou les appareils consommateurs, il est nécessaire d'avoir recours à des pompes volumétriques réglables qui sont compliquées et conteuses. L'invention a pour but d'agencer une installation motrice, du genre défini en préambule, de façon telle que9 tout en étant de construction simple et compacte et en présentant un bilan energé- tique favorable, elle permette de commander et de régler convenablement les appareils consommateurs que sa pompe alimente, sans nécessiter que celle-ci soit une pompe volumétrique réglable et coûteuse. Selon l'invention, ce but est atteint gracie essentielle- ment au fait que l'installation motrice comprend une turbine mue par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne et entraînant mécaniquement la pompe. Grâce à l'invention, on obtint une nouvelle installation autorégulatrice car la "caractéristique" de la turbine à gaz d'échappement assure que la pompe accouplée à cette turbine se comporte comme une machine à écoulement fluide ou une pompe volu- métrique à débit réglable en fonction de la pression Néanmoins, la pompe conforme à une autre caractéristique de l'invention peut être constituée par une simple pompe à engrenages.En raison de son accouplement avec la turbine à gaz d'échappement, cette pompe à engrenages, dont les coûts de fabrication sont relativement bas, se trouve dotée de la "caractéristique pression/débitu d'une machine à écoulement fluide, car la pompe avec son dispositif d'entraînement est comparable à une pompe à débit réglable. La pompe à engrenages peut ainsi fournir un débit variable jusqu'au zéro, cette valeur étant atteinte quand la turbine est arr8tée. Le débit (vitesse de rotation) de la pompe s'adapte automatiquement à la consommation et la pression (couple) est quasi constante. Ceci permet de simplifier des éléments importants du circuit hydraulique raccordé à la pompe. En particulier, la nouvelle installation convient très bien à un circuit hydraulique du type fermé dans lequel aucun passage libre n'est nécessaire lorsque les soupapes présentes sont en position neutre, mais dans lequel les soupapes peuvent rester fermées. Les soupapes peuvent être plus petites qu'avec un circuit hydraulique du type ouvert et il n'est besoin non plus d'aucun accumulateur de pression.En résumé, on peut obtenir une régulation excellente et sensible avec une simple pompe à engrenages, c'est-à-dire sans conteuse pompe réglable. En outre, il y a tout lieu d'espérer que la consommation de carburant soit diminuée globalement. Enfin, comme on peut s'y attendre, non seulement le débit est proportionnel à la vitesse d'entrainement, mais encore la pression est proportionnelle au carré de cette vitesse. Etant donné qu' vitesse constante, la pression reste pratiquement constante à débit variable (entre 0 et un maximum), on obtient une source de fluide à pression constante et à débit variable, ce qui améliore considérablement le bilan énergétique et les possibilités de commande et de réglage des appareils consommateurs alimentés par la pompe. Une installation motrice conforme à l'invention convient particulièrement bien au cas où la pompe est agencée en pompe hydraulique. Pour permettre à la pompe d'être entraînée, dans des conditions bien adaptées aux exigences de la pratique, par la turbine à gaz d'échappement qui tourne à une vitesse relativement grande, la turbine à gaz d'échappement conforme à l'invention est reliée d'une façon cinématique à la pompe par un réducteur. De préférence, le réducteur est un réducteur à vis sans fin. Sans étage de démultiplication complémentaire, de tels réducteurs à vis sans fin autorisent des rapports de démultiplication de 1/20, si bien qu' une -turbine à gaz d' échappement qui tourne à environ 60.000-70.000 tours/minute peut très bien entratter une pompe hydraulique dont la vitesse se situe généralement entre 3.000 et 4.000 tours/minute. Les réducteurs à vis sans fin conviennent en outre particulièrement bien au présent cas étant donné qu'ils se distinguent par une bonne lubrification hydrodynamique à des vitesses relativement élevées et qu'en outre ils sont assez bon marché. On peut donc considérer que la caractéristique essentielle de l'invention consiste en ce que la pompe hydraulique remplace le compresseur que lton trouve habituellement dans les turbocompresseurs dont-la turbine est mue par les gaz d'échappement. Dans le cadre de l'invention, on peut bien entendu envisager aussi de monter la turbine à gaz d'échappement, qui entratne la pompe, en aval de la turbine d'un turbocompresseur qui suralimente le moteur à combustion interne. En ce cas, la turbine à gaz d'échappement qui entratne la pompe peut être plus grosse que la turbine du turbocompresseur qui suralimente le moteur à combustion interne Des modes de réalisation préférés de l'invention sont représentés schématiquement aux dessins annexés et vont %trie décrits en détail ci-après. Sur ces dessins - la figure 1 représente tule installation motrice conforme à un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 représente une variante du mode de réalisation de la figure 1. La figure 1 montre seulement un cylindre 2 d'un moteur à combustion interne 1 (non représenté en détail) ainsi qu'un piston 3 monté dans ce cylindre 2. Ce dernier est surmonté d'une culasse 4 qui comporte un conduit d'admission 5 pour l'air frais et un conduit d'échappement 6 pour les gaz:brO1és. Les conduits d'admission 5 et d'échappement 6 sont commandés respectivement par une soupape d'admission 7 et par une soupape d'échappement 8. Une tubulure d'admission 9 relie le conduit d'admission 5 à un filtre à air il par l'intermédiaire duquel l'air frais est aspiré de façon usuelle à l'atmosphère. Une tubulure d'échappement 12 relie le conduit d'échappement 6 à une turbine à gaz d'échappement 13 d'où les gaz d'échappement sont évacués à l'air libre par l'intermédiaire d1un tuyau d'échappement 14. Â son extrémité supérieure, ce tuyau d' échap- pement 14 est muni d'un volet 15. Un "réducteur" 16, du type à vis sans fin, relie la turbine 13 à une pompe 17, du type hydraulique. Cette pompe 17 est reliée par une canalisation d'aspiration 18 à un réservoir d'huile 19 et comporte une canalisation de refoulement 21. Cette dernière aboutit à un ou plusieurs appareils consommateurs de fluide hydraulique (non représentés) tels que circuit de frein, direction hydrostatique, dispositif de levage hydraulique et analogues. L' installation motrice de la figure 1 fonctionne de la manière suivante : les gaz d'échappement, émis par le moteur à combustion interne 1, sont amenas par le conduit d'échappement 6 et la tubulure d' échappement 12 à la turbine 13, qu'ils entrainent en rotation. Auprès avoir traversé la turbine 13, les gaz d'échappement sont évacués à l'air libre par le tuyau d'échappement 14. Par l'intermédiaire du réducteur 16, la turbine 13 entraine la pompe hydraulique 17 qui aspire ainsi de l'huile dans le réservoir 19 par l'intermédiaire de la canalisation d'aspiration 18 et la refoule, par l'intermédiaire de la canalisation de refoulement 21, vers le ou les appareils consommateurs qui sont branchés sur cette dernière canalisation 21. Selon le mode de réalisation de la figure 2, la turbine à gaz d'échappement 13 est montée en aval de la turbine 24 d'un turbocompresseur 23, par l'intermédiaire d'une canalisation 22. La tubulure 12 relie cette turbine 24 au conduit d'échappement 6 du moteur à combustion interne 1. ainsi reliée à ce moteur 1, la turbine 24 est reliée mécaniquement par un arbre 25 à un compresseur 26 qui, de la façon indiquée par des flèches 20, aspire de l'air frais par l' intermédiaire du filtre à air 11. De la façon indiquée par des flèches 27, l'air comprimé par le compresseur 26 est amené au conduit d'admission 5 du cylindre 2 du moteur à combustion interne 1. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, la turbine à gaz d'échappement 13 est plus grosse que la turbine 24 du turbo compresseur 23. Le réducteur à vis sans fin 16 est adapté à la grosseur de la turbine 13 pour arriver à des vitesses utilisables sur la pompe hydraulique 17. il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés mais admet de nombreuses modifications0 C'est ainsi que la pompe 17 peut être constituée par une pompe à air. En outre, la pompe 17 peut coexister avec une pompe agencée de façon usuelle. REVENDICA2IONS 1. Installation motrice comprenant un moteur à combustion interne et une pompe auxiliaire qui débite sur au moins un appareil consommateur, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine (13) mue par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) et entraînant mécaniquement la pompe (17). 2. Installation motrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe est constituée par une pompe à engrenages (17). 3. Installation motrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la pompe est agencée en pompe hydraulique (17). 4. Installation motrice selon l'une quelconque des revendicstions 1 à 3, caractérisée en ce que la turbine à gaz d'échappement (13) est reliée de façon cinématique, à la pompe (17) par un réducteur (16). 5. Installation motrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réducteur est un réducteur à vis sans fin (16). 6. Installation motrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la turbine à gaz d'échappement (13) qui entraine la pompe (17) est montée en aval de la turbine (24) d'un turbocompresseur (23) qui suralimente le moteur à combustion interne (1). 7. Installation motrice selon la revendication 6, caractérisée en ce que la turbine à gaz d'échappement (13) qui entrain la pompe (17) est plus grosse que la turbine (24) du turbocompresseur (23) qui suralimente le moteur à combustion interne (1).