Brevet FR2444798A1 — publié le 19800718

La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne à pistons, suralimenté au moyen d'au moins deux turbucompresseurs à gaz d'échappement, qui, lorsque le moteur fonctionne à pleine puissance, délivrent en parallèle aux cylindres de ce moteur l'air de suralimentation et dont l'un au moins est mis hors service quand le moteur fonctionne à puissance modérée ou faible.De cette manière, sous charge partielle, la totalité des gaz d'échappement du moteur est envoyée aux autres turbocompresseurs qui par conséquent fonctionnent plus tot au voisinage de leur régime de pointe que si tous travaillaient en parallèle, et dont le rendement est donc meilleur. I1 est ainsi possible de disposer d'une plus grande quantité d'air de suralimentation à une pression plus élevée, ce qui permet d'augmenter la quantité de carburant, et donc le couple moteur, sans avoir à subir une dégradation des conditions de combustion ou de-la composition des gaz d'échappement. En raison de l'augmentation des quantités de carburant et d'air, l'énergie contenue dans les gaz d'échappement augmente aussi, ce qui améliore encore la suralimentation. Un moteur du type précité a été décrit dans le brevet DE-PS 850 965. lais-il présente l'inconvénient que, lors du passage du fonctionnement avec un seul turbocompresseur au fonctionnement en parallèle des deux turbocompresseurs, il se manifeste une insuffisance passage d'air de suralimentation. Cette insuffisance est provoquée par le fait que la pression des gaz d'échappement baisse au moment ou la seconde turbine démarre, ce qui fait dirainuer de manière sensible la vitesse et donc le débit du premier turbocompresseur à marche continue sans que le second, qui est encore à l'armet à ce moment, soiten mesure de compenser cette diminution. Par ailleurs, le second autre compresseur, qui doit agir contre une soupape de retenue fermée au moment où le second turbocompresseur démarre, fonctionne à la manière d'une pompe, si bien qu'il n'est pas capable d'atteindre le niveau de pression du premier compresseur. De cette manière, il n'est pas possible de passer au fonctionnement normal dans lequel les turbocompresseurs fonctionnent en parallèle. L'invention vise à permettre d'effectuer cette commutation en empêchant autant que possible la pression de l'air de suralimentation de diminuer, de façon autaucune des conséquences de cette chute de pression (perte de puissance et dégradation de la qualité des gaz d'échappement) n'ait d importance particulière. Conformément à l'invention, lorsque le moteur fonctionne sous charge modérée ou forte, la partie des gaz d'échappement de ce moteur qui excède la quantité nécessaire pour faire fonctionner le turbocompresseur à marche continue est envoyée aux autres turbocompresseurs immobilisés par l'intermédiaire d'un dispositif d'étranglement réglable, l'air de suralimentation ainsi délivrée étant envoyé du côté aspiration de ce turbocompresseur à marche continue par l'intermédiaire d'un injecteur disposé tangentiellement au tube ou à l'ouverture d'aspiration et imprimant à cet air un mouvement tourbillonnaire, le dispositif d'étranglement étant complètement ouvert et le moteur étant alimenté en air de suralimentation de la manière habituelle, c'est-à-dire par tous les turbocompresseurs montés en parallèle, quand ceux-ci ont atteint sensiblement la même vitesse. Puisque les turbocompresseurs immobilisés sont alimentés au démarrage par l'intermédiaire d'un dispositif étrangleur réglable, il est possible de ne prélever que le surplus des gaz d'échappement pour'accélérer la vitesse de leurs turbines et de leurs compresseurs. Si la charge du moteur augmentait ultérieurement sans que ces turbocompresseurs immobilisés soient remis en marche, cette quantité en excès ferait refluer les gaz dans les cylindres de ce moteur à cause de l'insuffisance de débit des turbines en service, et elle aurait une influence négative sur la combustion. Be fait d'envoyer l'air de suralimentation délivré par le turbocompresseur imm.obilisé,au moment où il est remis en marche, dans la conduite d'aspiration du compresseur à marche continue empêche cet air de s'échapper de façon incontrôlée dans l'atmosphère et éventuellement d'incommoder le conducteur. Il permet en même temps au compresseur qui démarre d'accélérer jusqu'à pleine vitesse sans fonctionner à la manière d'une pompe. Le mouvement tourbillonnaire imprimé à cet air augmente le rendement du compresseur à marche continue, si bien que pour un même débit d'air de suralimentation, l'énergie nécessaire des gaz d'échappement est plus faible.Il est par conséquent possible de délivreraux:compresseurs qu'il faut remettre en service une quantité plus grande de ces gaz, ce qui permet d'exécuter plus rapidement la commutation. Si les divers compresseurs sont reliés à des conduits distincts d'air de suralimentation, ils ne risquent pas d'influer de façon désavantageuse les uns sur les autres au cas où ils ne fonctionneraient pas en parfait synchronisme ou si leurs débits étaient différents au moment de la commutation. Ensuite, lorsque la marche de ces compresseurs s'est stabilisée, il est possible relier de nouveau ces conduits entre eux, comme d'habitude. Mais il est aussi possible de faire fonctionner le moteur en l'alimentant en air par des conduits séparés jusqu'à ce qu'il atteigne sa pleine puissance. Il est possible,au moment de la commutation, de pallier avantageusement une insuffisance d'air de suralimentation, entrainant un excès de consommation de carburant et une dégradation des gaz d'échappement émis, en n'alimentant avec cet air qu'une partie des cylindres à partir du turbocompresseur à marche continue pendant que le turbocompresseur immobilisé est remis en service, tout en réduisant dans les autres cylindres la pression de cet air et en y diminuant de manière correspondante la quantité de carburant qui est fonction de la pression d'air de suralimentation. Afin d'améliorer l'alimentation en air de suralimentation quand le moteur fonctionne sous faible charge et aussi pendant le passage à la marche à pleine charge avec tous les turbocompresseurs, il est avantageux d'équiper ehacune de leurs turbines et/ou de leurs compresseurs d'une roue à aubes réglable. Afin de simplifier la commutation, il est avantageux que le dispositif étrangleur réglable destiné à répartir l'air constitue également un organe obturateur, disposé dans le conduit d'échappement en amont ou en aval des turbines des turbocompresseurs qui peuvent être mis hors service. Il est possible d'améliorer encore le passage de la faible à la pleine puissance du moteur en disposant une roue à aubes réglable faisant office de dispositif étrangleur et d'organe obturateur dans la turbine du ou des turbocompre!- seurs qui peuvent être mis hors service. Une façon avantageuse de faire fonctionner les turbocompresseurs, dans lesquels les gaz d'échappement sont envoyés aux turbines par des canaux qui dirigent ces gaz sur des endroits différents de la roue à aubes de ces turbines, consiste à ouvrir ou obturer ces canaux l'un après l'autre en agissant sur le dispositif étrangleur. Ce dispositif peut être réglé de manière simple et appropriée en fonction de la pression qui règne en amont dans le conduit d'échappement. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé dont la figure unique représente à titre d'exemple nullement limitatif le schéma d'un moteur à combustion interne à pistons comportant deux lignes de cylindres et deux turbocompresseurs à gaz d'échappement et travaillant en parallèle dans la plage de la pleine charge. Les deux lignes ll et 12 des cylindres du moteur comportent chacune un collecteur d'échappement 13, 14 et un conduit 15, 16 d'air de suralimentation respectivement. Les deux collecteurs d'échappement 13, 14 communiquent par un conduit 17 et ils sont par ailleurs reliés chacun à la turbine respective 21, 22 de deux turbocompresseurs 23, 24. Ces turbines 21 et 22 entraSnent de manière connue des compresseurs 25, 26 respectivement. Ceux-ci aspirent l'air de l'atmosphère à travers des filtres 27, 28 et le refoulent dans les conduits 15, 16 d'air de suralimentation, en le faisant passer dans des refroidisseurs 29 et 30. Un distributeur 31 à quatre positions a à d est disposé entre ces refroidisseurs et ces conduits. Un dispositif étrangleur et obturateur réglable 32 est intercalé entre le collecteur d'échappeinent 14 et la turbine 22. Les positions de ce distributeur 31 et de ce dispositif 32 peuvent être modifiées ae leçon connues, non représentée, en fonction de la variation d'une grandeur caractéristique représentant la charge du moteur, par exemple la pression de suralimentation, la course de la tige de réglage, la vitesse angulaire du moteur ou du turbocompresseur, etc... Lorsque le moteur fonctionne sous charge faible ou modérée, le distributeur 31 occupe la position a. Le dispositif étrangleur 32 ferme le passage des gaz d'échappement vers les turbines 22, ce qui arrête le turbocompresseur 24. flous les gaz d'échappement sort envoyés à la turbine 21 du turbocompresseur 23, qui, de manière connue,est ainsi mis à meme de fournir au moteur une quantité suffisante d'air de suralimentation jusqu'à une charge moyenne. Le distributeur 31 fait par conséquent passer cet air, délivré par le compresseur 25, dans les deux conduits 15 et 16. Si la charge du moteur augmente et dépasse la valeur moyenne, la proportion de gaz d'échappement absorbés par la turbine 21 atteint sa valeur maximale. Par suite, des gaz pourraient refluer dans les cylindres du moteur, mais pour évitér cet inconvénient le dispositif étrangleur et obturateur 32 est ouvert de manière correspondante. En meme temps, le distributeur 31 est amené à la position b, ce qui envoie l'air de suralimentation délivré par le turbocompresseur 24, tournant à sa vitesse maximale, vers le côté aspiration du compresseur 25. Par ailleurs, un étranglement 33 permet de limiter la quantité d'air admise dans les cylindres de la ligne. 12. La quantité de carburant injectée dans ces cylindres est simultanément réduite d'une manière non représentée. Pendant la période d'accélération du turbocompres- seur 24, le dispositif 32 est ouvert de plus en plus, en fonction de la quantité excédentaire des gaz d'échappement produits et par conséquent en fonction de la puissance du moteur. Lorsque la vitesse de ce turbocompresseur 24 devient sensiblement égale à celle du turbocompresseur 23, le distributeur 31 passe à la position c, ce qui fait que chacun de ces turbocom tresseurs alimente une ligne de cylindres par un conduit distinct. Lorsque les conditions de fonctionnement se sont stabilisées, il est possible d'alimenter le moteur en air de suralimentation de la manière usuelle, par des conduits communicants, en faisant passer le distributeur 31 à la position d Lorsque le moteur passe du fonctionnement à pleine puissance au fonctionnement sous charge partielle, le dispositif 6étrangleur et obturateur 32 est fermé, ce qui arrête le turbocompresseur 24. En même temps, le distributeur 31 passe à sa position a. Par suite, c'est le turbocompresseur 23 qui délivre de nouveau l'air de suralimentation aux cylindres des deux lignes du moteur. Il va de soi que diverses modifications peuvent être apportée-s au moteur à suralimentation décrit sans s'écarter du domaine de 1' invention. REVEINDICAIOITS l. moteur à combustion interne à pistons, suralimenté au moyen d'au moins deux turbocompresseurs à gaz d'échappement, qui, lorsque le moteur fonctionne à pleine charge, alimentent en parallèle les cylindres de ce moteur et dont l'un au moins est mis hors service quand le moteur fonctionne sous charge~faible ou modérée, ce moteur étant caractérisé par le fait que lorsqu'il fonctionne sous charge modérée ou forte, la partie des gaz d'échappement qui excède la quantité nécessaire pour faire fonctionner le turbocompresseur (23) à marche continue est délivrée aux turbocompresseurs (24) au repos par l'intermédiaire d'un dispositif étrangleur réglable (32), l'air de suralimentation ainsi délivré étant amené au côté aspiration de ce turbocompresseur (23) à marche continue par un injecteur qui est disposé tangentiellement au conduit d'aspiration et oui imprime à cet air un mouvement tourbillonnaire, le dispositif étrangleur (32) étant- complètement ouvert et le moteur étant alimenté en air de suralimentation de la manière habituelle, c'est-à-dire par tous les-turbocompresseurs en parallèle, lorsque les vitesses de ces turbocompresseurs deviennent sensiblement égales. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lorsque les vitesses de tous les turbocompresseurs deviennent sensiblement égales, les circuits d'air de suralimentation sont d'abord établis de façon que chaque compresseur (25, 26) refoule cet air avec un débit proportionnel à sa vitesse dans les cylindres (ll, 12 respectivement) de ce moteur par un conduit distinct (15, 16 respectivement). 3. Moteur selon l'une desrevendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, pendant que le turbocompresseur (24) arrêté est remis en marche et que sa vitesse augmente, seule une partie (11) des cylindres reçoit l'air de suralimentation sous forte pression délivré par des turbocompresseurs à marche continue, alors que pour les autres cylindres (12) la pression de l'air de suralimentation est réduite, la quantité de carburant, qui est fonction de la pression de l'air de suralimentation étant réduite dans des proportions correspondantes. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les turbines de chaque turbocompresseur (23, 24) -et le cas échéant leurs compresseurs sont équipés d'une roue à aubes réglable. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dispositif étrangleur (32) réglable,qui est destiné à répartir l'air, constitue également un organe obturateur destiné à arreter les turbocompresseurs (24) correspondants, ce dispositif étant monté dans le conduit ou collecteur d'échappement en.amont ou en aval des turbines de ces turbocompresseurs (24). 6. Moteur selon les revendications 4 et 5 prises ensemble, caractérisé par le fait que le dispositif étrangleur et obturateur réglable est une roue à aubes réglable de la turbine de chacun des turbocompresseurs qui peuvent être mis hors service. 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les gaz d'échappement sont amenés aux turbines de chacun des turbocompresseurs par plusieurs canaux qui dirigent ces gaz sur des emplacements différents de la roue à aubes de ces turbines, caractérisé par le fait que le dispositif étrangleur est actionné de façon à ouvrir ou fermer ces canaux l'un après l'autre. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif étrangleur (32) est réglé par la pression qui règne en amont de ce dispositif dans le conduit ou collecteur d'échappement (14).