Brevet FR2481364A1 — publié le 19811030

Groupe motopropulseur, en particulier pour véhicules automobiles La présente invention concerne un groupe motopropulseur, en particulier pour véhicules automobiles, comprenant un bloc-turbine à chaleur perdue comportant une turbine alimen- tée par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, groupe dans lequel l'énergie thermique des gaz d'échappement du moteur est utilisée en plus de l'énergie cinétique au moyen d'un travail thermique superposé s'effectuant dans la turbine à gaz d'échappement, le bloc-turbine à chaleur perdue étant constitué par un compresseur, une turbine secondaire et une turbine à gaz d'échappement alors que les aubes de la turbine à gaz d'échappement sont constituées sous forme d'aubes creuses, traversées par le fluide de travail comprimé par le compresseur et se détendant avec créaction de puissance dans la turbine secondaire; un télé- groupe a été décrit dans la demande de brevet français 78.34752. Dans un groupe motopropulseur selon le type qui vient d'être mentionné, l'énergie cinétique des gaz d'échappement est utilisée directement par la turbine et l'énergie thermi- que de ces gaz d'échappement est utilisée indirectement par la même turbine. L'utilisation de l'énergie cinétique des gaz d'échappement est obtenue du fait que ces gaz sont envoyés sur des aubes de la turbine dont le profil a une ligne courbe. Mais on a constaté dans ce cas un inconvénient qui vient de ce que les gaz d'échappement qui pénètrent à grande vitesse et de manière pulsée dans la turbine à gaz d'échappement ne ressortent de la turbine, directement après leur entrée dans cette turbine, qu'à une vitesse légèrement plus faible que celle de leur vitesse d'entrée. La turbine à gaz d'échappement n'utilise donc qu'une partie relativement faible de l'énergie cinétique des gaz du fait de cette faible différence des vitesses. L'objet de l'invention est un groupe motopropulseur du type indiqué dans le préambule, permettant d'augmenter le rendement effectif du moteur à combustion interne par une meilleureutilisation dans la turbine à gaz d'échappement des quantités et des types d'énergie inhérents aux gaz d'échap- pement. Selon l'invention, ce problème est résolu du fait que les aubes de la turbine sont constituées par des tubes dont la section transversale est au moins approximativement de forme circulaire. Dans une forme de réalisation de l'invention qui est particulièrement appropriée, les aubes de la turbine sont constituées par des tubes de section transversale de même forme et circulaire. Les aubes de la turbine peuvent être par exemple montées sur une circonférence et répartis régu- lièrement, montés sur plusieures circonférences de grandeurs diverses et réparties régulièrement, ou encore montées sur plusieurs circonférences de grandeurs diverses et réparties régulièrement mais les aubes des circonférences individuel- les étant dans ce cas au moins partiellement décalées les unes par rapport aux autres en direction radiale. On peut encore améliorer l'exploitation de l'énergie cinétique des gaz d'échappement en donnant- aux aubes de la turbine, sur leur périphérie externe, un profil augmentant la résistance au courant. Les avantages obtenus grâce à l'invention consistent essentiellement dans le fait que l'on obtient urge -: menta- tion du rendement effectif du moteur à combustion interne par une meilleure utilisation de l'énergie cinétique des gaz d'échappement dans la turbine à gaz d'échappement, et ceci essentiellement uniquement par modification du profil des aubes de la turbine à gaz d'échappement. En outre et grâce à ces aubes que l'on peut réaliser techniquement sans grandes dépenses, on simplifie la constitution de la turbine. A l'avant de la turbine à gaz d'échappement comprenant plusieurs aubes, les gaz d'échappement sont soumis à un échange thermi-. que, et du fait de cet échange thermique qui est plus inten- se que lorsqu'il s'agit de turbines à gaz d'échappement connues, on augmente le rendement effectif du moteur à combustion interne en exploitant mieux l'énergie thermique des gaz dans ladite turbine à gaz d'échappement. L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide de deux exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est une section transversale schématique d'une turbine à gaz d'échappement faisant partie d'un bloc- turbine à chaleur perdue, dans laquelle les aubes sont montées sur une circonférence, la figure 2 est une section transversale d'un bloc- turbine à chaleur perdue, dans la zone d'une tubulure d'en- trée des gaz d'échappement et d'une tubulure de sortie située à l'arrière, dans laquelle les aubes sont disposées lOsur plusieurs circonférences de dimensions différentes, la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2, et la figure 4 est une section transversale d'une aube de turbine dont le profil, sur sa périphérie externe, augmente la résistance au courant. La vue en section transversale schématique de la figure 1 représente un carter de turbine à gaz d'échappement dési- gné en 3 et comprenant une tubulure d'entrée des gaz 1 et une tubulure de sortie des gaz 2. Dans cet exemple de réali- sation de l'invention, les aubes 4 de la turbine sont consti- tuées par des tubes de section transversale égale et circulai- re et montés sur une circonférence 5 sur laquelle ils sont répartis régulièrement. Les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne qui n'est pas représenté parviennent dans le carter 3 de la turbine par la tubulure d'entrée 1, tra- versent le carter 3 en agissant sur les aubes de la turbine, dans la direction des flèches qui indiquent le sens du courant, et sortent du carter 3 par la tubulure de sortie 2. Le fonctionnement du dispositif de l'invention sera maintenant décrit avec référence à l'exemple de réalisation représenté sous forme d'un ensemble intégré aux figures 2 et 3. Une turbine à gaz d'échappement 6, un compresseur 7 et une turbine secondaire 8 sont montées en commun dans un carter 9 et constituent ensemble un bloc-turbine à chaleur perdue 10. Le carter 9 est raccordé sur le côté gaz d'échap- pement par sa tubulure d'entrée de gaz d'échappement l1 à un moteur à combustion interne non représenté et par exemple à quatre cylindres. Un arbre 12 est monté de façon rotative dans le carter 9 et sur cet arbre 12 sont fixés la turbine à gaz d'échappement 10, le compresseur 7-et la turbine secon- daire 8. Les aubes 13 de la turbine sont constituées par des tubes ayant une section transversale de forme égale et circulaire et répartis régulièrement sur trois circonférences 14, 15 et 16 de dimensions différentes. Les aubes 13 de chacune des circonférences sont au moins partiellement décalées les unes par rapport aux autres en direction radia- le. Une tubulure de sortie des gaz d'échappement qui est reliée au carter 9 est indiquée en 17. Les parois frontales 18 et 19 du carter 9 portent les paliers de l'arbre 12, la paroi frontale 18 comportant une ouverture 20 d'aspiration de l'air et la paroi frontale 19 une ouverture 21 d'évacua- tion de l'air. La puissance produite par la turbine à gaz d'échappement 6 et la turbine secondaire 8 peut être trans- mise par une transmission 22 directement par exemple au moteur à combustion interne, ou être utilisée pour l'entraî- nement de dispositifs associés ou d'un générateur. Lorsque le moteur à combustion interne tourne, ses gaz d'échappement sont envoyés à la turbine à gaz d'échappement 6 par la tubulure d'entrée 11 en vue d'entraîner cette turbine. La turbine 6 entraîne le compresseur 7, celui-ci aspire l'air et le refoule à l'état comprimé par les aubes 13 de la turbine vers la turbine secondaire 8. Pendant le passage du courant de l'air dans les aubes 13 qui sont soumises aux gaz d'échappement chauds, il y a entre ces aubes et l'air un échange thermique qui échauffe l'air comprimé. L'air se détend dans la turbine secondaire 8 en dégageant de l'énergie qui augmente de façon considérable le rendement du bloc-turbine à chaleur perdue. Le fluide de travail du procédé thermique qui est cons- titué ici par de l'air peut être remplacé par un autre fluide tel que de l'eau ou un autre fluide susceptible d'être vaporisé tel que du fréon, du toluol, etc. Dans ce cas, le compresseur 7 est remplacé par une pompe. Pour augmenter encore plus le rendement du bloc-turbine à chaleur perdue, les aubes 23 de la turbine, constituées par des tubes dont la section transversale est de forme circulaire selon la figure 4, peuvent être pourvues sur leur périphérie externe d'un profil 24 d'une forme et d'une disposition quelconque qui augmente la résistance au courant. L'invention n'est pas limitée aux exemples d'exécution décrits. La section transversale des tubes qui forment les aubes de la turbine peut n'avoir une forme qu'approximative- ment circulaire et la disposition des tubes dans la turbine peut assumer toute forme quelconque appropriée. REVENDICATIONS 1. Groupe motopropulseur, en particulier pour véhicules automobiles, comprenant un bloc-turbine à chaleur perdue comportant une turbine alimentée' par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, groupe dans lequel l'énergie thermique des gaz d'échappement du moteur est utilisée en plus de l'énergie cinétique au moyen d'un travail thermique superposé s'effectuant dans la turbine à gaz d'échappement, le bloc-turbine à chaleur perdue étant constitué par un compresseur, une turbine secondaire et une turbine à gaz d'échappement alors que les aubes de la turbine à gaz d'échap- pement sont constituées sous forme d'aubes creuses, traver- sées par le fluide de travail comprimé par le compresseur et se détendant avec créaction de puissance dans la turbine secondaire, caractéris6 en ce que les aubes (4, 13, 23) de la turbine sont constituées par des tubes dont la section transversale est au moins approximativement de forme circulaire. 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (4, 13) de la turbine sont constituées par des tubes de section transversale de même forme et circulaire. 3. Groupe motopropulseur selon la revendi Aid ADn _ caractérisé en ce que les aubes (4) de la turbine sont montées sur une circonférence (5) o elles sont réparties régulièrement. 4. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (13) de la turbine sont montées sur plusieurs circonférences (14, 15, 16) de gran- deurs différentes o elles sont réparties régulièrement. 5. Groupe motopropulseur selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les aubes (13) de la turbine sont montées sur plusieurs circonférences (14, 15, 16) de gran- deurs différentes o elles sont réparties régulièrement, les aubes (13) des circonférences individuelles (14, 15, 16) étant au moins partiellement décalées les unes par rapport aux autres en direction radiale. 6. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des 2481364, revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les aubes (23) de la turbine sont pourvues sur leur périphérie externe d'un profil (24) augmentant leur résistance au courant.