Brevet FR2496164A1 — publié le 19820618

La présente invention se rapporte à une machine ou moteur à combustion interne suralimenté par turbocompres- seurs à gaz d'échappement et équipé d'une chambre auxiliaire de combustion dont les gaz d'échappement sont dirigés de temps à autre vers la turbine d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, afin d'améliorer le comportement à l'accélé- ration dudit moteur à combustion interne, l'air comburant permettant le fonctionnement au ralentide ladite chambre étant prélevé sur le courant d'air d'alimentation engendré par le tur- bocompresseur. L'invention vise par conséquent à améliorer le comportement à l'accélération de la machine ou moteur à combustion interne. A cet effet, deux systèmes différents ont déjà été proposés. Leur principe de fonctionnement consiste à accroître l'énergie intrinsèque du débit massique des gaz d'échappe- ment produit par le moteur fonctionnant au ralenti ou sous une faible charge partielle, avant l'entrée de ce débit dans la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement. L'enrichissement en énergie des gaz d'échappement permet d'obtenir une augmentation rapide de la vitesse angulaire du turbocompresseur ou une baisse rapide de pression dans le système d'air d'alimentation du moteur. Dans l'un des deux systèmes mentionnés, les gaz d'échappement du moteur parcourent une chambre auxiliaire de combustion. Dans cette chambres par suite de l'admission de carburant brûlé en utilisant intégralement l'oxy- gène résiduel -des gaz d'échappement, la tempé- rature et la quantité de ces derniers sont accrues. Dans ce système cependant, le comportement à la combustion de la chambre auxiliaire est instable par suite du flux saccadé des gaz d'échappement provenant du moteur, et il peut même entraîner une extinction dans cette chambre auxiliaire de combustion. Dans le second système connu, au lieu des gaz d'échappement, sont introduits dans la chambre auxiliaire de combustion de l'air comburant détourné du débit d'air d'ali- mentation du moteur, ainsi que du carburant. Ensuite, les gaz chauds engendrés dans 'cette chambre auxiliaire de combustion sont ajoutés aux gaz d'échappement provenant du moteur avant de pénétrer dans la turbine du turbocompresseur. Un tel système permet un fonctionnement stable de la chambre auxiliaire de combustion et améliore sensiblement le comportement à l'accélération du moteur à combustion interne. Cependant, il com- porte le grave inconvénient que, lorsqu'il est ajusté de ma- nière optimale (réglage harmonisé du moteur et de la chambre auxiliaire), le fonctionnement normal du moteur à combustion interne non assisté par la chambre auxiliaire est très insa- tisfaisant. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un système fiable équipant un moteur à combustion interne suralimenté et comportant une chambre auxiliaire de combustion. Selon les caractéristiques essentielles de l'in- vention, sur deux Lurbocompresseurs à gaz d'échappement fonctionnant en parallèle, seul l'un d'eux reçoit, en fonction- nement sous charge partielle, la totalité des gaz d'échappe- ment du moteur à combustion interne, pour alimenter ce der- nier en air; les gaz d'échappement de la chambre auxiliaire de combustion fonctionnant à pleine charge pour assurer l'accé- lération dans la plage inférieure de charge du moteur à combustion interne, sont dirigés vers la turbine de l'autre turbocompresseur à gaz d'échappement; et le compresseur as- socié délivre l'air comburant à ladite chambre auxiliaire de combustion pour le fonctionnement à pleine charge. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le refoulement d'air de l'autre turbocompresseur alimenté par les gaz d'échappement de la chambre auxiliaire est interrompu en direction du moteur; - une fraction du débit d'air comburant dirigé vers ladite chambre auxiliaire est prélevée pour assurer l'ali- mentation en air dudit moteur; et - lorsque ledit moteur fonctionne dans sa pla- ge supérieure de charge, ladite chambre auxiliaire est ali- mentée par une quantité d'air comburant suffisante pour per- mettre son fonctionnement en état d'attente. Les avantages obtenus grâce à l'invention consistent 2496 164 notamment en ce que, par rapport à des moteurs à combustion interne suralimentés et non équipés d'un dispositif auxiliai- re, la durée nécessaire à l'accélération du moteur à combus- tion interne, du fonctionnement au ralenti au fonctionnement sous pleine charge, est notablement réduite; en ce que la chambre auxiliaire de combustion peut fonctionner indépendam- ment du débit saccadé des gaz d'échappement provenant dudit moteur; en ce que, par suite de la suppression des défauts que constituait auparavant, pour la circulation des gaz d'échappement, le rassemblement des gaz d'échappement prove- nant du moteur et de la chambre auxiliaire, le conduit des gaz d'échappement dudit moteur peut être conçu pour per- mettre un débit optimal; en ce que, lorsque le re- foulement d'air de l'autre turbocompresseur alimenté par, les gaz d'échappement de la chambre auxiliaire est interrompu en direction du moteur, seule suffit une petite.chambre auxi- liaire de combustion dont la consommation en carburant est réduite en conséquence; et en ce que, lorsqu'une fraction du débit d'air comburant dirigé vers ladite chambre auxi- liaire, est récupérée pour assurer l'alimentation en air dudit moteur, la durée de l'accélération est réduite davantage par rapport au système connu. L'invention va à présent être décrite plus en dé- tail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne équipé de deux turbocompres- seurs à gaz d'échappement; et la figure 2 illustre schématiquement une variante de réalisation d'un distributeur. Une machine ou moteur à combustion interne, compor- tant deux rangées 11 et 12 de cylindres associées chacune à un conduit d'air d'alimentation 13 ou 14 et à un conduit des gaz d'échappement 15 ou 16, respectivement, est alimenté par des turbocompresseurs à gaz d'échappement 17 et 18 en air d'alimentation préalablement comprimé. Dans des conduits 20 et 21 d'admission d'air d'alimentation, provenant de com- presseurs 24 et 27 desdits turbocompresseurs 17 et 18, des refroidisseurs d'air d'alimentation 22 et 23 sont montés en amont des conduits d'alimentation 13 et 14, respectivement, qui sont raccordés l'un à l'autre par un conduit de trans- fert 19. Les conduits de gaz d'échappement 15 et 16 sont reliés à des turbines 25 et 26 des turbocompresseurs 17 et 18 par l'intermédiaire d'un distributeur 28 pouvant occuper des positions "a", "b" et "c". A un tronçon 29 de conduit de gaz d'échappement, débouchant dans la turbine 26, est raccordé le conduit d'échappement 30 d'une chambre auxiliai- re de combustion 31, vers laquelle l'air comburant nécessaire à l'allumage est dirigé par un conduit 32 partant du conduit d'admission 20 et passant par le distributeur 28. Le conduit 21 d'admission d'air d'alimentation, partant du turbocompres- seur 18, passe également par le distributeur 28. Pour réguler le débit d'air comburant dirigé vers la chambre auxiliaire 31, se trouve, au moins dans le conduit 32, un dispositif pilote 33 qui, pouvant être réglé jusqu'à interdire tout passage, peut être associé à un autre disposi- tif pilote 34 incorporé dans le conduit d'admission 20. En fonctionnement normal, lorsque le moteur à com- bustion interne est au ralenti ou sous faible charge, le distributeur 28 occupe sa position "a". Le pilote 33 fermé interrompt l'alimentation en air de la chambre auxiliaire 31 et les gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne sont délivrés, par les conduits 35 et 36, au seul turbocompresseur 17, qui prend seul en charge l'alimenta- tion en air du moteur à combustion interne au moyen de son compresseur 24, par l'intermédiaire du conduit d'admission 20. En cas d'accélération imminente, c'est-à-dire lorsqu'il faut s'attendre à un accroissement rapide de la vitesse angulaire du moteur à combustion interne, à partir du ralenti ou.du fonctionnement sous charge partielle, il y a allumage dans la chambre auxiliaire de combustion 31 après ouverture du pilote 33 et,alors que le distributeur 28 occupe sa position 'la"> cette chambre auxiliaire fonctionne tout d'abord à faible puissance et ses gaz d'échappement sont diri- gés par le conduit 30 vers la turbine 26 du turbocompresseur 18. Du fait que le distributeur 28 en position "a" ferme le conduit 21 d'admission d'air d'alimentation, le compresseur 27 ne peut plus refouler et le turbocompresseur 18 prend alors une vitesse angulaire plus grande, sous l'action des gaz d'échappement provenant de la chambre 31. Lorsqu'est arrivé l'instant o il convient d'accé- lérer le moteur à combustion interne, le distributeur 28 est amené à sa position "b". La chambre auxiliaire 31 est ainsi séparée du système d'admission d'air refoulé par le com- presseur 24 et est mise en communication avec le système d'admission d'air refoulé par le compresseur 27. De ce fait, la chambre auxiliaire 31 fonc- tionnant à une puissance accrue fonctionne selon le mode "auto-entretenu" avec le turbocompresseur 18 dans un système à turbine à gaz. Cette chambre 31 fonctionne alors à une puissance telle que ledit turbocompresseur 18 atteint une vitesse angulaire égale ou supérieure à celle du turbocompres- seur 17 alimenté par les gaz d'échappement du moteur à com- bustion interne. En même temps, pour obtenir une accélération, le moteur à combustion interne fonctionne à pleine charge, auquel cas les gaz d'échappement de tous les cylindres sont dirigés tout d'abord vers le turbocompresseur 17. De ce fait, ce turbocompresseur 17, abandonnant sa vitesse angulaire cor- respondant au ralenti, reçoit un débit de gaz d'échappement considérable- ment plus grand que celui qui serait maintenu dans un"fonc- tionnement normal avec deuxturbocompresseurs". Sa vitesse angu- laire, et donc la pression d'alimentation augmente d'une maniè- re correspondante. Lorsque cette pression d'air d'alimentation s'ac croit, le moteur à combustion interne est à même d'utiliser plus de carburant par cycle de combustion qu'il n'en utilise- -30 rait en fonctionnement normal avec une vitesse angulaire déterminée. En outre, le couple de rotation engendré par ce moteur à combustion interne est également plus important qu'en fonctionnement normal. Lorsque la vitesse angulaire augmente et que le moteur à combustion interne produit plus de gaz d'échappement, le turbocompresseur 17 atteint sa capacité maximale, de sorte que le second turbocompresseur 18 doit être mis conjointement en action pour pouvoir utiliser le débit croissant de gaz d'échappement du moteur à combustion interne. A cet effet, le distributeur 28 est déplacé à sa position "!C'. A ce stade, le rôle d'assistance joué par la chambre auxiliaire 31 devient superflu et la combustion cesse dans cette chambre, ou bien elle est mise en attente. Par suite de la bifurcation du trajet d'écoulement du conduit 35 aux deux conduits 21 et 29 à l'intérieur du distributeur 28, les gaz d'échappement provenant du moteur sont maintenant dirigés vers les deux turbocompresseurs 17 et 18. Le turbo- compresseur 18 a déjà été amené à sa vitesse angulaire nomina- le, en étant assisté par la chambre auxiliaire de combustion 31 et il n'a plus besoin d'être accéléré par les gaz d'échap- pement du moteur. Immédiatement après la commutation, ce turbocompresseur 18 peut contribuer dans une large mesure à l'alimentation en air du moteur à combustion interne par l'intermédiaire du conduit d'admission 21 libéré par le dis- tributeur 28 en position "c". De la sorte, on évite une va- riation brusque de la vitesse angulaire lors de la commuta- tion à un"fonctionnement avec deux turbocompresseurs", varia- tion qui se produirait sinon par suite de l'entrée en action supplémentaire d'un autre utilisateur de gaz d'échappement. La durée que nécessite le moteur pour accélérer à partir du ralenti ou d'un fonctionnement sous faible charge partiel- le est considérablement réduite. En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la chambre 31 ne joue aucun rôle d'assistance, le moteur à com- bustion interne fonctionne dans sa plage supérieure de charge le distributeur 28 occupant sa position "c". Le pilote 33 est alors fermé, voire ouvert seulement de telle sorte que ladite chambre auxiliaire 31 continue de fonctionner à sa puissance d'attente mentionnée ci-dessus. Seule cette puis- sance d'attente de ladite chambre 31, assortie d'une très faible production de gaz d'échappement par rapport au fonc- tionnement à pleine charge, permet une introduction, dans le tronçon 29, des gaz provenant du conduit d'échappement 30. Cela n'entrave cependant en rien le fonctionnement normal du moteur à combustion interne. Comme le montre la figure 2, en cas d'accélération et lorsque le distributeur 28 occupe sa position "b", il est possible de détourner une partie de l'air refoulé par le compresseur 27 vers le moteur, ce qui améliore encore l'ali- mentation en air de ce dernier. Le regroupement des conduits de gaz d'échappement 15 et 16 dans le conduit 35 en amont du distributeur 28 (figuri 1) ne constitue pas le seul agencement possible. Ces conduits 15 et 16 peuvent également se prolonger séparément jusqu'au distributeur 28 et se rejoindre dans ce dernier lors- qu'il occupe sa position "a", afin d'alimenter en commun le conduit 36. Ainsi, lorsque le distributeur est en position "c" la bifurcation du trajet d'acheminement des gaz d'échappement du moteur devient superflue. De ce fait, lorsque ledit distributeur 28 est en position "c", chacun des conduits 15 et 16 communique par un trajet respectif avec les conduits 36 et 29. Dans un but de clarté, le distributeur 28 est illus- tré sous la forme d'une unité globale monobloc dans les exemples ci- dessus. Cependant, il est également possible d'utiliser des distributeurs individuels associés à chacun des conduits com- mandés par ledit distributeur 28. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au moteur à combustion interne décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseurs à gaz d'échappement et équipé d'une chambre auxiliaire de combustion dont les gaz d'échappement sont dirigés de temps à autre vers la turbine d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, afin d'améliorer le comportement à l'ac- célération dudit moteur à combustion interne, l'air comburant permettant le fonctionnement au ralenti de ladite chambre auxiliaire étant prélevé sur le courant d'air d'alimentation engen- dré par ledit turbocompresseur, moteur caractérisé par le fait que, sur deux turbocompresseurs à gaz d'échappement (17, 18) fonctionnant en parallèle, seul l'un (17) de ces der- niers reçoit, en fonctionnement sous charge partielle, la totalité des gaz d'échappement du moteur, afin d'assurer l'alimentation en air de ce dernier; par le fait que les gaz d'échappement de la chambre auxiliaire de combustion (31), fonctionnant à pleine charge pour permettre l'accélération dans la plage inférieure de charge dudit moteur, sont dirigés vers la turbine (26) de l'autre turbocompresseur (18); et par le fait que le compresseur associé (27) délivre l'air comburant à ladite chambre auxiliaire (31) pour le fonctionne- ment à pleine charge 2. Moteur à combustion interne selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que le refoulement d'air de l'autre turbocompresseur (18) alimenté par les gaz d'échap- pement de la chambre auxiliaire (31) est interrompu en direc- tion dudit moteur. 3. Moteur à combustion interne selon la revendica- tion 2, caractérisé par le fait qu'une fraction du débit d'air comburant destiné à la chambre auxiliaire (31) est prélevée pour assurer l'alimentation en air dudit moteur. 4. Moteur à combustion interne selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que, lorsque ce moteur fonc- tionne dans sa plage supérieure de charge, la chambre auxi- liaire (31) est alimentée par une quantité d'air comburant suffisante pour assurer son fonctionnement en état d'attente.