Brevet FR2468737A1 — publié le 19810508

La présente invention concerne une turbine de turbocompresseur équipant un moteur à combustion interne, turbine comportant un canal de dérivation reliant son entrée à sa sortie, pour évacuer de façon réglable une partie des gaz d'échappement, Dans une turbine connue, de ce type (DE-OS 27 38 929), les gaz d'échappement qui sont évacués en passant par une soupape à disque, soumise à la pression de chargement, passent dans une chambre réalisée dans le carter de la turbine et de là les gaz peuvent arriver transversalement dans la sortie de la turbine par l'intermédiaire d'un orifice de passage. L'inconvénient des turbocompresseurs connus, comportant des turbines dont le type correspond sensiblement à ce qui a été décrit ci-dessus, est que la turbine mais égale- ment la soupape de régulation du canal de dérivation, provoquent une pression antagoniste, élevée dans l'échappement, ce qui augmente le travail alternatif des gaz du moteur à combustion interne et par suite la consommation spécifique de celui-ci. La présente invention a pour but de créer une turbine de turbocompresseur du type ci-dessus, remédiant aux inconvénients mentionnés et permettant d'utiliser une partie de l'énergie des gaz d'échappement notamment une partie du travail alternatif des gaz, tout en diminuant la consommation spécifique du moteur à combustion interne. A cet effet, l'invention concerne une turbine du type ci-dessus, caractérisée en ce que la conduite de déri- vation débouche dans la sortie de la turbine par une buse à réaction, dirigée sensiblement dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement sortant de la turbine, pour former avec celle-ci une pompe à réaction. Grâce à cette caractéristique, i 'énergie des gaz d'échappement à évacuer, ne reste pas inutilisée comme jusqu'à présent mais sert pour diminuer la pression en aval de la turbine. La buse à réaction, dirigée dans le sens de l'écou- lement des gaz d'échappement provenant de la turbine, coopère avec la section de la sortie de la turbine pour former une buse d'entraînement d'une pompe à réaction, dont l'entrée est reliée à la section de sortie du rotor de la turbine. La réduction de la pression ainsi possible en aval de la turbine permet tout en ayant une puissance constante de la turbine, pour une pres- sion constante du compresseur dans le turbocompresseur- de choisir une pression réduite même en amont de la turbine. Cette faible pression antagoniste entraîne la réduction déjà men- tionnée du travail alternatif des gaz. En outre, cela permet d'augmenter le rendement fourni en assurant un meilleur balayage du volume mort, ce qui augmente le refroidissement à l'intérieur du moteur à combustion interne. La buse à réaction présente de préférence une section d'ouverture de buse variable, pour pouvoir régler la quantité de gaz d'échappement, évacuée, à l'aide de la buse à réaction et pour supprimer ainsi les soupapes de régulation particulières, qui augmenteraient les pertes de charge. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe en partie schéma- tique d'un premier exemple de réalisation d'une turbine de gaz d'échappement selon l'invention. - la figure 2 est une vue en coupe partielle- ment schématique d'un second mode de réalisation d'une turbine de gaz d'échappement selon l'invention. - la figure 3 est une vue en coupe partielle- ment schématique d'un troisième exemple de réalisation d'une turbine à gaz d'échappement selon l'invention. La figure 1 montre le carter 1 de la turbine ainsi que le rotor 2 d'un turbocompresseur branché sur les gaz d'échappement. Le rotor 2 entralne le rotor de compresseur non représenté, du turbocompresseur par l'intermédiaire de l'arbre 3 qui est uniquement schématisé. L'entrée 4 de la tur- bine comporte un canal annulaire 5 qui entoure le rotor 2; la section du canal 5 diminue dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement. La sortie 6 du carter 1 de la turbine est constituée essentiellement par un segment de tube 7, cylindri- que, coaxial au rotor 2. Un canal de dérivation 8, allant de l'entrée 4 de la turbine à la sortie 6 de la turbine, sert à évacuer une partie des gaz d'échappement. L'évacuation peut par exemple se faire lorsqu'on atteint un rapport de pression de chargement déterminé ou encore une certaine pression de chargement, que l'on atteint à des vitesses de rotation relative- ment faibles. La conduite de dérivation 8 débouche dans la 3 2468737 sortie 6 de la turbine par l'intermédiaire d'une buse d'émis- sion 9, qui est dirigée sensiblement dans le sens de l'écoule- ment A des gaz d'échappement sortant de la turbine, pour former avec la sortie de la turbine une pompe à réaction. Du fait de la vitesse élevée des gaz d'échappement dans la buse à réaction 9, à la sortie du canal périphérique 8, on arrive à une pres- sion plus faible à la sortie de la buse, qui amplifie l'aspira- tion du gaz d'échappement passant par le rotor 2 de la turbine. Pour adapter la buse à réaction 9 aux diverses conditions de fonctionnement, notamment pour des quantités très variables de gaz d'échappement passant par le canal péri- phérique 8, il faut que la buse 9 présente de préférence une section d'ouverture de buse variable. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le canal périphérique 8 débouche dans la sortie 6 de la turbine par l'intermédiaire d'un canal annulaire 10 qui entoure la sortie 6 de la turbine et par une ouverture de buse 11, essentiellement annulaire. L'ouverture de buse il pourrait également être constituée par des entretoises réparties à des intervalles angulaires réguliers, et qui seraient en forme d'aubes directrices, subdivisant l'ensemble en plusieurs ouver- tures segmentées. Pour modifier la section de l'ouverture de la buse, il est prévu un tiroir annulaire 12 qui est coulissant axialement dans la sortie 6 de la turbine. Le tiroir annulaire 12 est arrondi de façon appropriée, tant au niveau du bord 13 tourné vers le rotor de turbine 2 que du bord 14 qui délimite l'ouverture de la buse 9, pour former des surfaces directrices d'air, avantageuses au plan de l'écoulement. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le canal de dérivation 8' débouche latéralement dans la sortie 6' de la turbine. A l'orifice du canal de dérivation 8', il est prévu un volet de buse 15, réglable, incliné, par rapport à la veine de sortie des gaz d'échappement A de la turbine. Le volet est pivotant autour d'un axe transversal 16, au niveau de son bord tourné vers le rotor 2, pour modifier la section d'ou- verture de la buse 9' (le cas échéant également pour fermer cette section) . A son extrémité opposée à l'axe transversal 16, le volet 15 est légèrement recourbé vers le bord 18 de l'ouver- ture, pour arriver à une réduction de la section de la buse, dans le sens de l'écoulement, en coopérant avec le bord 18, pour 4 2468737 créer l'effet de réaction, nécessaire. Le bord 18 constitue le siège de la surface 19 correspondante du volet 15. La figure 3 montre un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'orifice 20 du canal de dérivation 8", qui est prévu latéralement dans la sortie de la turbine 6", comporte une soupape 21 à disque. Le disque 22 de la soupape 21 est incliné par rapport à la direction d'écoulement A des gaz d'échappement de la turbine, et le bord du disque 22 tourné vers le rotor 2 (représenté en position d'ouverture maximale de la soupape 21 dans la figure) est sensiblement à fleur par rapport à la paroi intérieure 23 de la sortie 6" de la turbine. Comme le montre la veine de gaz d'échappement indiquée par les flèches 24 dans le canal de dérivation 8", la soupape 21, telle que représentée, forme une buse à réaction 9", dont le-sens de la réaction est sensiblement aligné dans le sens de l'écoule- ment de sortie des gaz d'échappement de la turbine. Les gaz d'échappement accélérés dans la buse à réaction 9", aspirent à cet endroit les gaz d'échappement sortant du rotor 2, si bien qu'il peut régner une pression réduite en avant de la turbine sans réduire globalement la puissance de la turbine branchée sur les gaz d'échappement. Même dans l'exemple de réalisation de la figure 3, comme dans les deux autres exemples de réalisa- tion décrits ci-dessus, on peut fermer complètement la section de la buse, si bien que pour une quantité de gaz d'échappement, relativement faible, la turbine soit balayée par l'ensemble du gaz d'échappement tout en fournissant une puissance élevée au compresseur. Selon la-caractéristique de base de l'invention, il est également possible de faire déboucher la conduite de dérivation destinée à l'évacuation des gaz d'échappement en formant une pompe à réaction, dans le segment de la conduite de gaz d'échappement, situé en aval de la turbine, pour que de cette façon on atteigne l'effet recherché d'une réduction de la pression après la turbine. 2468737 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Turbine de turbocompresseur équipant un moteur à combustion interne, turbine comportant un canal de dérivation reliant son entrée à sa sortie, pour évacuer de façon réglable une partie des gaz d'échappement, turbine caracté- risée en ce que la conduite de dérivation (8, 8', 8") débouche dans la sortie de la turbine (6, 6', 6') par une buse à réaction (9, 9', 9"), dirigée sensiblement dans le sens de l'écoulement (A) des gaz d'échappement sortant de la turbine, pour former avec celle-ci une pompe à réaction. ) Turbine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la buse à réaction (9, 9', 9) présente une section d'ouverture variable. ) Turbine selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le canal de dérivation (8) débouche dans la sortie de la turbine par l'intermédiaire d'un canal annulaire (10), entourant la sortie (6) de la turbine et d'une ouverture de buse (11) essentiellement annulaire, et en ce que la section d'ouverture de la buse est réglable par l'intermédiaire d'un tiroir annulaire (12), coulissant axialement dans la sortie (6) de la turbine. ) Turbine selon la revendication 2, caracté- risée par un canal de dérivation (8') qui débouche latéralement dans la sortie (6') de la turbine, l'orifice du canal compor- tant un volet (15), réglable, incliné par rapport à la direction d'écoulement des gaz d'échappement de la turbine. ) Turbine selon la revendication 2, caracté- risée par un orifice (20) du canal de dérivation (8"), débou- chant latéralement dans la sortie (6") de la turbine, et qui comporte une soupape à disque (21). ) Turbine selon la revendication 5, caracté- risée en ce que le disque (22) de la soupape (21) est incliné par rapport à la direction (A) des gaz d'échappement de la tur- bine. 70) Turbine selon la revendication 6, caracté- risée en ce que le bord du-disque (22), tourné vers le rotor (2) de la turbine, est sensiblement à fleur de la paroi inté- rieure (23) de la sortie (6") de la turbine lorsque la soupape (21) est en position d'ouverture maximale. 80) Turbine selon la revendication 1 caracté- 6 2468737 risée en ce que la conduite de dérivation débouche dans un segment de la conduite de gaz d'échappement, éloigné de la turbine (2) en aval, pour former une pompe à réaction.