Brevet FR2406073A1 — publié le 19790511

L'invention concerne les groupes turbo-moteurs à gaz à explosion dans lesquels l'élévation de pression du fluide moteur est produite en partie par un compresseur et en partie par une combustion sous volume constant. Un tel groupe comporte une série de chambres de combustion munies de soupapes de distribution commandées et alimentant chacune un secteur de tuyère de la turbine. I1 présente l'avantage par rapport aux turbines à gaz classiques de n'exiger qu'une élévation de pression modérée de la part du compresseur. Les groupes de ce type n'ont cependant pas été beaucoup développés jusqu'à présent étant donné qu'ils conduisent à de très grandes difficultés dans la réalisation des chambres de combustion et de la distribution par soupapes ainsi que de la turbine motrice. Le but de l'invention est de simplifier la réalisation d'un tel groupe tout en améliorant ses performances. L'invention consiste à adopter, pour l'ensemble de la turbine, des chambres et de la distribution, une disposition concentrique avec une turbine spéciale composée d'un disque calé sur l'arbre moteur et portant à sa périphérie une couronne d'ailettes disposées en porte à faux perpendiculairement au plan du disque et profilées pour un fonctionnement radial centrifuge à action et à réaction, l'espace cylindrique ménagé à l'intérieur de la couronne d'ailettes étant occupé par un bloc cylindrique fixe, lequel comporte intérieurement les chambres de combustion, avec leur tuyère d'échappement orientée tangentiellement pour agir directement sur les ailettes, et au centre les soupapes d'admission et d'échappement disposées radialement et actionnées par des cames calées directement sur l'arbre moteur, l'admission étant raccordée à la sortie d'un compresseur d'air de type quelconque.Le combustible est fourni par un carburateur ou par un dispositif d'injection placé sur l'aspiration du compresseur, ou encore par un dispositif d'injection directe dans les chambres. D'autres particularités de l'invention apparaetront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig 1 est une coupe axiale du groupe moteur selon I-I de la fig. 2; la fig. 2 est une coupe transversale selon II-II de la fig. 1. Sur l'arbre moteur 1 se trouve calé un compresseur d'air 2 de type quelconque, radial ou centrifuge, et également le disque 3 de la turbine à gaz proprement dite, ce disque comportant à sa périphérie une couronne cylindrique d'ailettes 4 qui sont fixées en porte à faux perpendiculairement au disque 3 et dont la section est profilée comme représenté sur la fig. 2. A l'intérieur de l'espace ménagé par cette couronne d'ailettes 4 se trouve disposé le bloc cylindrique fixe 5 dans lequel tourillonne l'arbre 1 et qui comporte un certain nombre de chambres de combustion 6 regulièrement réparties, par exemple au nombre de six sur la figure. Le compresseur 2 est raccordé par sa sortie haute pression 7 et un conduit 8 à une canalisation circulaire 9 alimentant en air carburé sous pression les diverses chambres 6, chacune par l'intermédiaire d'une soupape d'admission 10 disposée radialement comme représenté sur la fig. 1. Chaque chambre comporte d'autre part une soupape d'échappement, li visible sur les fig 1 et 2, et alimentant une chambre d'échappement l2 suivie d'une tuyère d'éjection tangentielle 13. Il y a donc autant de tuyères 13 que de chambres de combustion 6.En outre, comme on le voit sur la fig. 2, chaque chambre de combustion 6 comporte une bougie d'allumage 14 venant déboucher à l'intérieur. Des cames 15 et 16 calées sur l'arbre moteur 1 commandent les poussoirs de soupape 17 et 18 fixés sur les queues des soupapes 10 et Il et rappelés par des ressorts non référencés, ces cames étant prévues pour produire une ou plusieurs ouvertures par tour de ces soupapes, dans un ordre tournant régulier ou en etoile. Naturellement, pour chacune des chambres 6 on a su-ces- sivement une phase d'admission correspondant à l'ouverture de la soupape 10, phase au cours de laquelle le compresseur 2 comprime l'air dans la chambre correspondante 7 Après fermeture de la soupape 10, un distributeur d'allumage approprié produit une étincelle à la bougie 14 de la chambre correspondante et enflamme le mélange dont la pression augmente brusquement. A peu près simultanément, la soupape li ouvre alors l'échappement des gaz dont la pression, fortement accrue par l'explosion, produit une injection à très grande vitesse dans la tuyère 13 correspondante.Ces gaz agissent sur les ailettes 4 de la turbine qui comportent chacune, comme on le voit sur la fig. 2, des parties de pentes opposées, la partie la plus intérieure correspondant à un fonctionnement par action ou impulsion, c' est-à-dire que les gaz éjectés dans la tuyère 13 se trouvent progressivement freinés et incurvés vers l'extérieur en même temps que leur pression s' accroit, tandis que la partie la plus extérieure correspond à un fonctionnement par réaction, c' est-à-dire que les gaz s'y détendent et leur pression se transforme en vitesse communiquée à la turbine par les ailettes, les gaz étant finalement éjectés d'une manière centrifuge par des ouvertures 19 situées à la périphérie du carter 20 entourant étroitement la turbine et se raccordant au bloc fixe 5. Le combustible est fourni à un carburateur classique ou un dispositif d'injection placé dans l'aspiration 21 du compresseur 2, lequel se trouve par conséquent alimenté en air carburé. Dans ce cas il faut veiller que la pression finale à la sortie 7 du compresseur ne dépasse pas la pression d'auto-inflammation du carburant utilisé, ce qui correspond à la pression habituelle en fin de compression dans les chambres de combustion des moteurs à explosion classiques. Il est également possible de fournir le carburant par un dispositif d'injection directe dans les chambres à la manière d'un moteur Diesel. Dans ce cas, la limitation précédente est inexistante. Naturellement, les chambres de combustion 6, qui ne comportent interieurement ni piston, ni pièce mobile, peuvent être d'une forme tout à fait quelconque et sans grande précision. D'une manière classique en matière de turbine à gaz, la turbine à gaz proprement dite peut être à deux étages séparés dont un entraînant directement le compresseur et l'autre fournissant la force motrice. Dans ce cas, il est avantageux suivant l'invention de disposer les deux étages concentriquement, par exemple le plus intérieur entrainant le compres seur tandis que l'étage extérieur fournit la force motrice avec une relative indépendance de régime, ce qui permet par exemple pour l'application à un véhicule terrestre de réduire ou d'éviter les changements de vitesse coûteux. Naturellement le bloc 5 comportant les chambres de combustion et leur distribution pourra comporter tout dispositif de refroidissement approprié, par eau ou par air, non représenté. En plus de la simplification du compresseur, qui n'a plus à fournir qu'une pression relativement modérée, l'invention permet de réaliser un groupe moteur à turbine à gaz beaucoup plus simple et compact que les groupes de turbine à gaz classiques. Par rapport à un moteur à explosion classique, la simplification est également importante par la suppression des pistons et de l'embiellage et une grande simplification de la distribution. Naturellement, le turbo-moteur selon l'invention peut être adapté pour fonctionner conformément aux dispositions du moteur Diesel connu. Dans ce cas, le compresseur fournit, sous une très forte pression, aux chambres de combustion de l'air atmosphérique (mélangé ou non avec des gaz partiellement brûlés provenant de l'echappement) et des -injecteurs introduisent le combustible dans lesdites chambres de combustion oil se produit un auto-allumage, toutes les particulari -tés du moteur étant adaptées en conséquence. REVENDICATIONS l. Groupe turbo-moteur à gaz à explosion comportant une série de chambres de combustion sous volume constant munies de soupapes de distribution commandées, alimentées par un compresseur et alimentant une turbine, caractérisé par le fait que l'ensemble de la turbine, des chambres et de la distribution est disposé concentriquement, avec une turbine spéciale composée d'un disque calé sur l'arbre moteur et portant à la périphérie une couronne d'ailettes disposée en porte à faux perpendiculairement au plan du disque et profilé pour un fonctionnement radial centrifuge à action et à réaction, l'espace cylindrique ménagé à l'intérieur de la couronne d'ailette étant occupé par un bloc cylindrique fixe, lequel comporte intérieurement les chambres de combustion, avec leur tuyère d'échappement orienté tangentiellement pour agir directement sur les ailettes, et au centre les soupapes d'admission et d'échappement disposées radialement et actionnées par des cames caléesdirectement sur l'arbre moteur, l'admission étant raccordée à la sortie d'un compresseur d'air de type quelconque. 2. Groupe turbo-moteur selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le compresseur aspire de l'air carburé par un carburateur classique ou un dispositif d'injection de carburant. 3. Groupe turbo-moteur selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le- combustible est injecté directement dans les chambres de combustion par un dispositif d'injection analogue à celui des moteurs à piston et à injection directe. 4. Groupe turbo-moteur selon une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que la turbine est à deux étages disposés concentriquement, dont un étage entraînant directement l'arbre du compresseur, et un étage entraînant l'arbre de sortie fournissant la force motrice.