Brevet FR2476209A1 — publié le 19810821

La présente invention se rapporte à une machine ou moteur à combustion interne suralimenté par plusieurs turbo- compresseurs à gaz d'échappement. De manière connue, dans des machines ou moteurs à combustion interne suralimentés par des turbo-compresseurs à gaz d'échappement, il est possible d'améliorer les rapports de suralimentation en fonctionnement sous charge partielle en faisant fonctionner en parallèle plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement, lorsque l'émission desdits gaz d'échappe- ment est grande, et en arrêtant une partie de ces turbo-com- presseurs en obstruant leur conduit d'alimentation en gaz d'échappement, lorsque l'émission de ces derniers diminue. Ainsi, en fonctionnement sous charge partielle, la totalité des gaz d'échappement du moteur est distribuée aux turbo- compresseurs restant en service, lesquels peuvent par suite fonctionner sensiblement à leur régime nominal et, par consé- quent, avec un meilleur rendement.. De ce fait, ils peuvent mettre à disposition une plus grande pression d'alimentation et une plus grande quantité d'air de suralimentation. Une plus grande quantité excédentaire de cet air améliore le processus de combustion, diminue la consommation de carburant et élimine l'émission de fumée, même avec des moteurs conçus pour une forte pression moyenne. Ces avantages obtenus en fonctionnement sous charge partielle sont d'autant plus grands que le nombre des turbo- compresseurs l'est également. En outre, la double suralimen- tation, utilisée couramment depuis peu, augmente le nombre de ces turbo-compresseurs. Naturellement, un agencement comportant plusieurs petits turbocompresseurs dotés de leurs conduits d'admission et d'évacuation de gaz d'échappement et d'air, au lieu du ou des deux grands turbo-compresseurs habituels, coopérant avec le moteur à combustion interne, soulève de grandes difficultés au niveau de la réalisation. La présente invention a donc pour objet de monter sur le moteur plusieurs turbo-compresseurs dans un agencement n'exigeant pas trop da place. Dans ce cas, aussi bien pour le mode de fonctionnement de' l'ensemble de l'installation que pour son montage, il est nécessaire d'obtenir des dispositions et dimensions avantageuses des conduits de gaz d'échappement et d'air. Selon les caractéristiques essentielles de l'inven- tion, le moteur comporte un ou plusieurs carters, sur les parois desquels les turbo-compresseurs peuvent être fixés d'une manière telle que les turbines de ces derniers et les conduits de gaz d'échappement se trouvent à l'intérieur desdits carters, leurs compresseurs et les conduits et refroidisseurs d'air d'alimentation se trouvant en revanche à l'extérieur de ces carters. Les carters procurent les conditions nécessaires à la fixation sûre du nombre prévu de turbo-compresseurs. Grâce à la disposition des parties parcourues par les gaz d'échappement et l'air à l'intérieur et à l'extérieur des carters, respectivement, les conduits correspondants peuvent être groupés sous une forme très ramassée. Dans ces conditions, il faut des conduits moins nombreux et plus courts, ce qui facilite le montage en conséquence. En même temps, les organes chauds, tels que les tur- bines et les conduits de gaz d'échappement, sont nettement séparés des conduits d'air d'alimentation (qui doivent rester aussi froids que possible), des refroidisseurs d'air d'ali- mentation et des autres composants du moteur, ce qui évite une transmission de chaleur, et ces organes chauds sont pro- tégés contre des déperditions calorifiques inopportunes. Les opérateurs sont ainsi considérablement mieux protégés d'un contact involontaire avec les organes chauds parcourus par les gaz d'échappement. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les carters sont étanches aux gaz et dotés d'un calorifuge. De ce fait, il n'est plus indispensable que les raccords de conduits de gaz d'échappement, dont l'isolation est malaisée, soient parfaitement hermétiques, car les fuites éventuelles desdits gaz d'échappement sont absorbées par les carters. L'isolation desdits carters diminue encore la transmission et la perte de chaleur décrites ci-dessus. Selon le nombre et la réalisation des turbo-compres- seurs dans une disposition à un ou deux étages, il peut être avantageux d'en fixer plusieurs contre une paroi de carter. Dans le cas d'une suralimentation à deux étages com- portant chacun un turbo-compresseur basse pression, entraîné par une turbine basse pression, et un compresseur haute pres- sion, entraîné par une turbine haute pression, montés res- pectivement en série, on obtient une disposition particuliè- rement avantageuse des conduits de gaz d'échappement lorsque, respectivement, deux turbo-compresseurs haute pression sont fixés sur une paroi commune du carter, les turbo-compresseurs basse pression associés étant fixés sur les parois latérales voisines de cette paroi commune et les groupes de suralimen- tation étant disposés symétriquement par rapport à l'axe horizontal. On obtient ainsi une bonne répartition de l'espace disponible pour l'agencement des turbo-compresseurs lorsqu'un carter présente quatre faces latérales à chacune desquelles un turbo-compresseur peut être fixé. En fonction de la dimen- sion du moteur et du nombre de ses cylindres, plusieurs car- ters de ce type peuvent être montés sur ce moteur. De ce fait, des groupes identiques de composants sont respectivement for- més, comprenant un carter et quatre turbo-compresseurs pouvant être préalablement assemblés avec les conduits et montés sur des paliers. Dans le cas d'une suralimentation à deux étages, on peut également obtenir une bonne disposition des conduits en montant les deux turbo- compresseurs haute pression sur deux parois opposées du carter et les deux turbo-compresseurs basse pression sur les deux autres parois opposées. On obtient des turbo-compresseurs et des conduits identiques, de même que des agencements avantageux de con- duits d'admission et d'évacuation en disposant les deux grou- pes de suralimentation, comprenant chacun un turbo-compres- seur haute pression et un compresseur basse pression, symé- triquement autour d'un axe vertical. En présence de turbines centripètes à gaz d'échappe- ment, les conduits de ces gaz situés entre les turbines haute pression et basse pression, peuvent être supprimés lorsque l'axe du turbo-compresseur haute pression est disposé perpen- diculairement à celui du turbo-compresseur basse pression qui lui est associé, et lorsque la tubulure radiale d'admission de la turbine de ce dernier communique directement avec la tubulure axiale d'évacuation de la turbine dudit turbo-com- presseur haute pression associé. Pour acheminer-les gaz d'échappement de leur collec- teur aux carters ou aux turbines, il est avantageux de monter ces carters sur un carter intermédiaire qui renferme herméti- quement aux gaz ledit collecteur comprenant plusieurs tronçons et s'étendant dans le sens longitudinal du moteur en formant une chambre intermédiaire, et qui, à sa face supérieure, pré- sente des orifices reliés audit collecteur et sur lesquels -- sont placés, d'une manière étanche aux gaz, des tubes verti- caux faisant saillie dans lesdits carters et reliés aux tubu- lures d'admission des tu bines, par des raccords par emboîte- ment. Pour éviter des pertes de pression, il suffit que le carter intermédiaire soit réalisé de façon à empêcher des fuites du collecteur des gaz d'échappement, donc à résister à la haute pression régnant en amont des turbines. En revan- che, les carters individuels destinés à loger les turbo- compresseurs peuvent être conçus pour résister à la pression régnant en aval de ces derniers, car le conduit reliant les tubes et les tubulures d'admission peut être rendu parfaite- ment étanche sans frais excessifs. Avec des turbo-compresseurs à gaz d'échappement des- tinés à être arrêtés lors d'un fonctionnement sous charge partielle, les volets interdisant le passage des gaz d'échap- pement peuvent être avantageusement incorporés dans les tubes. Ces volets sont facilement accessibles après le démontage des - carters ou après la dépose du turbo-compresseur associé. La transmission de chaleur du collecteur aux autres composants du moteur est diminuée par le-fait que le carter intermédiaire présente une double paroi dans laquelle circule l'eau de refroidissement dudit moteur. On obtient un montage et un démontage aisés des turbo- compresseurs et des conduits grâce aux faits que chaque carter: est subdivisé horizontalement, que les axes desdits turbo- compresseurs sont disposés horizontalement et que ces turbo- compresseurs sont montés dans le plan de séparation dudit carter, dans des évidements semi-circulaires ménagés dans les __ parties supérieure et inférieure de ce carter. Il est possible de regrouper les gaz-s'échappantLdes-- turbines sans compliquer davantage le montage, en fixant, dans la partie supérieure du carter une tubulure des gaz d'échappement commune à toutes les turbines et dirigée vers le haut, les orifices d'entrée de cette tubulure se déplaçant transversalement aux orifices de sortie des gaz s'échappant desdites turbines lors du montage de ladite partie supérieure. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan illustrant schémati- quement l'agencement d'un carter destiné au montage de quatre turbo-compresseurs à gaz d'échappement à un étage sur une ma- chine ou moteur à combustion interne; la figure 2 est une vue schématique en plan de deux carters distincts destinés au montage de trois ou deux turbo- compresseurs à gaz d'échappement à un étage sur un moteur à combustion interne; la figure 3 est une vue en plan avec coupe partielle illustrant en détail deux carters identiques destinés chacun au montage de deux turbo-compresseurs à gaz d'échappement haute et basse pression sur un moteur à combustion interne la figure 4 est une vue en plan avec coupe partielle représentant en détail un carter avec deux turbo-compresseurs haute et basse pression; et la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4. Sur les dessins, on voit une machine ou moteur 11 à combustion interne représenté schématiquement, sur le carter 12 duquel sont montés des turbo-compresseurs 13 à gaz d'é- chappement a un étage, des turbo-compresseurs 14 à gaz d'é- chappement basse pression et des turbo-compresseurs 15 à gaz d'échappement haute pression. Les turbines 16 des turbo- compresseurs 137 ainsi que des turbines 17 basse pression et 18 haute pression et des conduits 19 de gaz d'échappement, sont également logés dans le carter 12. Les compresseurs 20 desdits turbo-compresseurs 13, des compresseurs 21 basse pression et 22 haute pression, ainsi que des conduits 23 et des refroidisseurs 24 d'air d'alimentation sont disposés à l'extérieur dudit carter 12. Alors que les figures 1 et 2 représentent purement schématiquement l'agencement des carters 12 destinés au mon- tage de turbo-compresseurs 13 à gaz d'échappement à un étage, les figures 3 à 5 illustrent ces carters et la disposition de turbo-compresseurs à plusieurs étages, d'une manière détaillée. Sur la figure 3, pour chaque carter 12, deux turbo-compresseurs haute pression sont respectivement fixés à une paroi com- mune et les turbo-compresseurs associés 14 basse pression sont respectivement assujettis aux parois latérales voisines de ladite paroi commune. Les groupes de suralimentation compre- nant les turbo-compresseurs 15 haute pression et 14 basse pression sont disposés symétriquement par rapport à un axe horizontal. Les axes des turbo-compresseurs 15 haute pression sont situés perpendiculairement aux axes des turbo-compres- seurs associés 14 basse pression et la tubulure radiale d'ad- mission des turbines 17 de ces derniers est directement raccordée aux tubulures axiales d'évacuation des turbines 18 desdits turbo-compresseurs 15 haute pression. Deux collecteurs 29 des gaz d'échappement s'étendent dans le sens longitudinal du moteur 11 et sont reliés chacun aux turbines 18 haute pression. Les gaz s'échappant des turbines 17 basse pression sont refoulés dans une tubulure 38 des gaz d'échappement. Les figures 4et 5 illustrent une forme de réalisation dans laquelle le carter est doté d'un calorifuge 25 et est étanche aux gaz. Ce carter présente quatre parois latérales, deux turbo-compresseurs 15 haute pression étant fixés sur deux de ces parois situées en regard l'une de l'autre, deux turbo-compresseurs 14 basse pression étant montés sur les deux autres parois opposées. Les groupes de suralimentation comprenant chacun un turbo-compresseur haute pression et un turbo-compresseur basse pression, respectivement, sont dis- posés symétriquement de part et d'autre d'un axe vertical. Les axes des turbo-compresseurs 15 sont perpendiculaires à ceux des turbocompresseurs 14 et la tubulure radiale 26 d'admission de la turbine 17 basse pression est directement raccordée à la tubulure axiale 27 d'évacuation de la turbine 18 haute pression. Le carter est monté sur un carter intermé- diaire 28, comportant une double cloison et parcouru par l'eau de refroidissement du moteur. Ce carter 28 entoure, de façon étanche aux gaz, un collecteur 29 des gaz d'échappement, qui, comprenant plusieurs tronçons, s'étend dans le sens longitu- dinal du moteur. A sa face supérieure, ce carter 28 présente des orifices 32 reliés audit collecteur 29 par des tubes 33. Des tubes 34, emboîtés verticalement sur ces orifices 32, font saillie dans le carter 12 et sont reliés aux tubulures d'admission 30 des turbines 18 haute pression par des raccords à emboîtement. Dans les tubes 34, des volets 31 sont des- tinés à interrompre la circulation des gaz d'échappement. Le carter 12 est subdivisé horizontalement en deux parties supérieure 36 et inférieure 37. Les axes des turbo- compresseurs 14, 15 sont horizontaux et ces turbo-compresseurs sont montés, dans le plan de séparation du carter, dans des évidements semi-circulaires ménagés dans les parties supé- rieure et inférieure de ce dernier. Dans la partie supérieure 36 du carter 12, est fixée une tubulure 38 des gaz d'échappe- ment, commune aux turbines 17 et dirigée vers le haut. Lors du montage de la partie supérieure 36, des orifices d'admission 39 de cette tubulure 38 sont déplacés transversalement devant les raccords de sortie 40 des gaz d'échappement des turbines. Il va de soi, que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne, suralimenté par:plu- sieurs turbo-compresseurs à gaz d'échappement et caractérisé en ce qu'un ou plusieurs carters (12) sont montés sur ledit moteur (11), les turbocompresseurs (13, 14, 15) pouvant être fixés aux parois desdits carters de telle sorte que. les tur - - bines (16, 17, 18) desdits turbo-compresseurs et des conduits (19) des gaz d'échappement se trouvent à l'intérieur desdits -- carters (12), et que les compresseurs (20, 21, 22) desdits :- turbocompresseurs, ainsi que les conduits (23) et les refroi-_ disseurs (24) d'air d'alimentation soient, en revanche, situés' à l'extérieur de ces carters (12). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les carters (12) sont étanches aux gaz et comportent un calorifuge (25). 3. Moteur à combustion interne selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que plusieurs turbo7com- presseurs (13, 14, 15) sont montés sur une paroi du carter (12). ' 4. Moteur à combustion interne selon la- revendication 3, comportant une suralimentation à deux étages et caractéri-; sé en ce que deux turbocompresseurs (1-5) haute pression sont fixés respectivement sur une paroi commune du carter (12) et -- les turbo-compresseurs,.associés (14) basse pression sont mon- tés sur les parois.latérales voisines de ladite paroi commune,- et en ce que les groupes de suralimentation sont disposés symétriquement par rapport à un axe horizontal. 5. Moteur à combustion-interne selon l'une des- reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un carter (12) comporte quatre parois latérales sur chacune desquelles peut être fixée-- un turbo-compresseur (13, 14, 15). 6. Moteur à combustion interne selon la revendication , comportant une suralimentation à deux étages et caractérisé en ce que les deux turbocompresseurs (15) haute pression sont montés sur deux parois opposées du càrter=et en ce que les deux turbo-compresseurs (14) basse pression sont fixés aux - -deux autres parois opposéesdudit' carter.- - À,:=..:... . ' - " _".. 7. Moteur à combustion interne-selon l'une des reven- - dications 5 -et 6, caractérisé en ce que les deux groupesde - *,: -., :,7.,, , -:.-, ._ -: suralimentation comprenant un turbo-compresseur (15) haute pression et (14) basse pression sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un axe vertical. 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 4, 6 et 7, équipé de turbines centripètes et caractérisé en ce que l'axe du turbo-compresseur (15) haute pression est perpendiculaire à celui du turbo-compresseur associé (14) basse pression, et en ce que la tubulure radiale (26) d'admission de la turbine (17) dudit turbo-compresseur (14) est directement raccordée à la tubulure axiale (27) d'évacuation de la turbine (18) dudit turbo-compresseur asso- cié (15). 9. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les carters (12) sont montés sur un carter intermédiaire (28) qui entoure, de manière étanche aux gaz en formant une chambre intermédiai- re, un collecteur (29) des gaz d'échappement, comprenant plu- sieurs tronçons et s'étendant dans le sens longitudinal dudit moteur, ce carter (28) présentant à sa face supérieure des orifices (32) reliés audit collecteur (29) et sur lesquels sont emboîtés, verticalement et hermétiquement aux gaz.des tubes (34) saillant à l'intérieur des carters et reliés aux tubulures d'admission (30) des turbines (18) par des raccords (35) à emboîtement. 10. Moteur à combustion interne selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans les tubes (34), des volets (31) sont destinés à interrompre la circulation des gaz d'échappe- ment. 11. Moteur à combustion interne selon l'une des re- vendications 9 et 10, caractérisé en ce que le carter inter- médiaire (28) est à double paroi et est parcouru par l'eau de refroidissement du moteur. 12. Moteur à combustion interne selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque carter (12) est subdivisé horizontalement en deux parties supérieure (36) et inférieure (37), en ce que les axes des urbo-compresseurs (13, 14, 15) sont horizontaux, et en ce que lesdits turbo-compresseurs sont montés dans le plan de séparation du carter, dans des évidements semi- circulaires ménagés dans lesdites parties supérieure (36) et inférieure (37). 13. Moteur à combustion interne selon la revendica- tion 12, caractérisé en ce que, dans la partie supérieure (36) du carter, une tubulure (38) des gaz d'échappement, com- munz à toutes les turbines (17), est dirigée vers le haut, les orifices d'admission (39) de cette tubulure (38) étant déplacés transversalement devant les raccords de sortie (40) des turbines lors du montage de ladite partie supérieure (36).