Brevet FR2479899A1 — publié le 19811009

La présente invention vise à perfectionner les turbo-compresseurs pour moteurs à combustion interne et elle se rapporte en particulier à des dispositifs capables de leur assurer un régime de rotation élevés I1 est connu que, dans le domaine des moteurs à combustion interne à cycle Otto, pour améliorer les performances, on fait fréquemment appel à des dispositifs de suralimentation intéressant le mélange ou l'air aspiré. Parmi les dispositifs qui sont actuellement les plus fréquemment utilisés pour obtenir cette suralimentation, on compte les turbo-compresseurs, machines composees de l'accouple- ment d'une turbine centripète actionnée par les gaz d'échappement du moteur et d'un compresseur centrifuge.A côte des nombreux avantages apportés par ce dispositif de suralimentation, il existe malheureusement des inconvénients et l'un des plus graves de ces incon vénients réside dans le "trou" de puissance que lton perçoit dans le moteur pendant quelques instants lorsqu'on demande de la puise sance immédiatement après une décélération. Cet inconvénient résulte du fait que, pendant la phase de décélération, le débit des gaz d'échappement du moteur est notablement réduit par la raréfaction des gaz dans le conduit d'admission; la tubulure montée sur le conduit déchappement n'est donc pas alimentée de façon suffisante, de sorte que le turbo-compresseur subit une réduction notable de sa vitesse de rotation. Lorsque le conducteur de la voiture demande à nouveau de la puissance au moteur, en agissant sur l'accélérateur, le turbo- compresseur reçoit le nouveau débit de gaz d'échappement mais, en raison de ses inerties et de ses frottements, il demande quelques instants pour revenir à son régime de fonctionnement normal. Par conséquent, pendant ces quelques instants, il ne comprime pas le mélange et le moteur fonctionne alors comme s'il n'était pas suralimenté, en donnant une désagréable impression de "trou de puissance". Dès que le turbo-compresseur a atteint son régime, il. assure sa fonction en faisant développer au moteur toute sa puissance et, dans certaines circonstances (par exemple, en virage, sur route mouillée, etc), il peut même être dangereux pour la stabilité de la voiture. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités, en réalisant un turbo-compresseur pour moteur à combustion interne, alimenté par les gaz d'échappement du moteur-et qui, suivant sa caractéristique fondamentale, est équipé d'un dispositif auxiliaire destiné à le maintenir à un régime de rotation élevé, même dans la phase de débit réduit des gaz d'échappement. En général, cette phase de débit réduit se manifeste, par exemple, pendant le fonctionnement du moteur au ralenti mais, grâce au dispositif suivant l'invention, dans la phase consécutive d'accélération, le turbo-compresseur peut développer aussitôt sa pleine puissance. Ce dispositif peut être constitué par un moteur quelconque de type actuellement connu, calé sur l'arbre du compresseur, qui n'assure sa fonction que lorsque la vitesse de rotation du turhocompresseur tend à décroitre et on peut entendre par moteur un moteur électrique, une turbine hydraulique alimentée par l'huile du moteur ou par un circuit hydraulique collatéral, une turbine à gaz, une turbine à air comprimé ou équivalent. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est une coupe longitudinale d'un turbo-compresseur pour moteur à combustion interne qui comprend le dispositif objet de l'invention ; et la figure 2 représente une variante. On se reportera tout d'abord à la figure 1 sur laquelle on a indiqué en 16 le rotor de la turbine1 qui est mis en rotation par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, gaz qui sont acheminés par le conduit tangentiel en volute 18 et déchargés par un conduit axial 20. L'énergie cédée par ces gaz au rotor 16 est transmise par l'intermédiaire de llgrbre 8 à la partie compresseur de l'appareil, dans laquelle le rotor 10 élève la pression des gaz aspirés par le moteur Sous cet effet, ces gaz, qui arrivent du conduit 12 à une pression proche de la pression atmosphérique, sont envoyés au moteur par le conduit tangentiel 14 à la pression de sur alimentation voulue. Dans une première forme de réalisation, la particularité de l'invention consiste dans le fait que l'arbre 8 est prolongé par l'arbre 22 qui relie ltensemble compresseur-turbine à un moteur auxiliaire de type connu qui, dans la forme de réalisation de la figure 1, est un moteur électrique 24. Ce moteur fournit au compresseur l'énergie qui lui est nécessaire pour se maintenir à un régime de rotation élevé, même lorsque l'apport énergétique des gaz d'échappement au rotor 16 est réduit ou presque annulé parce que le noteur à cmmbustion interne se trouve en phase de décélération. Suivant une autre forme de réalisation, représentée sur la figure 2, l'invention est mise en oeuvre dans un dispositif qui, en étranglant judicieusement la section du conduit d'échappement du moteur pendant la phase de décélération, confère aux gaz d échappement, bien que ces derniers soient à un débit réduit, une quantité de mouvement suffisante pour maintenir l'ensemble à un régime de rotation élevé. Sur la figure 2, on a représenté une coupe transversale de la turbine d'un groupe turbo-compresseur mettant en oeuvre cette deuxième forme de réalisation de l'invention. Dans les conditions normales de fonctionnement, les gaz d'échappement arrivent par le conduit en volute 30 relié à l'échappement du moteur et actionnent le rotor de la turbine 36 en l'attaquant tangentiellement. La particularité de cette forme de réalisation de l'invention consiste dans la présence d'un obturateur papillon 32 qui, pendant la phase de décélération, est tourné de manière à obturer le conduit principal 30. On reste dans le domaine de l'invention en utilisant n'importe quelle autre forme d'obturateur ( à ogive, à pointeau, à champignon etc.) qui, intercalé dans l'arrivée de la turbine, exerce la même fonction. Sous cet effet, pendant la phase de décélération, le débit réduit des gaz d'échappement est contraint de s'écouler par le conduit 26 de section réduite, placé en dérivation par rapport à l'obturateur 32, ce conduit comportant des orifices c librés 38 appropriés pour conférer aux gaz la vitesse voulue et présentant son aju tage de sortie convenablement dirigé vers le rotir. De cette façon, les gaz d'échappement qui arrivent du conduit 26 à une vitesse élevée attaquent convenablement le rotor 36 et maintiennent le groupe turbo-compresseur à un régime de rotation élevé. Bien entendu, diverses modifications pourront être appor- tées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrit à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E ND i C A T i 0 N S. 1. Turbo-compresseur pour moteur à combustion interne commandé par les gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens capables de le maintenir à un régime de rotation élevé même pendant la phase de débit réduit des gaz d'échappement. 2. Turbo-compresseur pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par un moteur (24) accouplé à l'arbre (8, 22) du turbocompresseur(8, 10, 14, 16, 18, 20). 3. Turbo-compresseur pour moteur à combustion interne suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moteur (24) est un moteur électrique. 4. Turbo-compresseur pour moteur à combustion interne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit principal (30) servant à envoyer les gaz d'échappement du moteur à combustion interne à la turbine (36) du turbo-compresseur et un conduit secondaire (26) de section réduite, disposé en parallèle par rapport au conduit principal (30) et en ce que ce conduit principal est équipé d'un obturateur papillon (32) destiné à fermer le passage dans le conduit pr-incipal, de manière à contraindre le courant des gaz d'échappement qui commandent la turbine (36) à passer par le conduit secondaire de section réduite (26). 5. Procédé pour acheminer un fluide comprimé au collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne, comprenant les phases consistant à prévoir un rotor de turbine et un rotor de compresseur accouplés entre eux, à acheminer le courant des gaz d' échappement du moteur audit rotor de turbine de manière à entrainer ce rotor en rotation, à acheminer le fluide à comprimer au rotor du compresseur, à acheminer le fluide comprimé du rotor du compresseur au collecteur d'admission du moteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la phase supplémentaire consistant à maintenir le régime de rotation du rotor de compresseur à une valeur élevée lorsque le débit du gaz d'échappement décroit.