Brevet FR2488331A1 — publié le 19820212

La présente invention se rapporte à une machine ou moteur à combustion interne équipé d'un certain nombre de turbocompresseurs à gaz d'échappement qui sont montés en parallèle et qui peuvent être mis en service et hors service individuellement et dont l'ensemble a la capacité correspon- dant aux quantités de gaz d'échappement et d'air d'alimenta- tion de ce moteur à sa puissance nominale; lorsque le moteur fonctionne sous charge partielle, ceux des turbocompresseurs, qui sont en service en fonction de la quantité instantanée de gaz d'échappement disponibles sont en nombre vou]u pour que le moteur fonctionne aussi près que possible des conditions optimales, l'invention visant à réaliser une adaptation opti- male entre le moteur et les turbocompresseurs. Avec les machines ou moteurs à combustion inter- ne équipés de la manière précitée, le nombre des turbo- compresseurs à gaz d'échappement installés, qui sont en servi- ce, varie en fonction de la plage de vitesses angulaires de ces moteurs. Le moteur fonctionne sensiblement dans chaque plage à un régime o la consommation de carburant est opti- male. En même temps, les turbocompresseurs qui sont en servi- ce, suivant la vitesse et les débits massiques d'air et de gaz d'échappementfonctionnent à leur régime nominal. Il a été constaté qu'un inconvénient des formes de réalisation connues réside dans le fait que le nombre des régimes à consommation optimale du moteur correspond au nombre des turbocompresseurs à gaz d'échappement installés. Pour faire fonctionner le moteur à un nombre plus grand de régimes à consommation optimale, il faut augmenter le nombre des turbocompresseurs. Mais un ou plusieurs turbocompresseurs supplémentaires représentent un surcroît notable de dépense et augmentent le poids, l'encombrement et les frais de maintenance. L'invention vise donc à faire fonctionner une machine ou moteur à combustion interne1équipé d'un nombre donné de turbocompresseurs à gaz d'échappement,à un nombre plus élevé de régimes à consommation optimale. Conformément à l'invention, l'un des turbocom- presseurs est conçu pour un débit massique de gaz d'échappe- ment et d'air inférieur à celui des autres turbocompresseurs, qui sont identiques entre eux, ces gros turbocompresseurs étant, en fonction du débit des gaz d'échappement disponible à tout instant au cours des variations du régime du moteur, mis successivement en service, lorsque la charge partielle augmente, et successivement hors service, lorsque cette charge diminue, et le petit turbocompresseur étant à plusieurs re- prises mis en marche et arrêté pour compléter la capacité des gros turbocompresseurs dans la plage de fonctionnement comprise entre les régimes auxquels la quantité de gaz d'échap- pement produite est respectivement minimale et maximale. Selon une autre caractéristique, l'importance de la discontinuité créée par la mise en service ou l'arrêt d'un gros turbocompresseur successif est réduite grâce à la mi- se en marche ou l'arrêt du petit turbocompresseur. Par ail- leurs, les débits massiques d'air et de gaz d'échappement du petit turbocompresseur et de chacun des gros sont à un rapport de 1:2. Les avantages apportés par l'invention sont en particulier de diminuer la consommation de carburant du mo- teur, d'améliorer son comportement à l'accélération et de lui permettre de fournir un couple plus grand que jusqu'à présent quand il fonctionne sous charge partielle, grâce à l'augmentation de la pression moyenne. Une forme de réalisation de l'invention va être décrite ci-dessous à titre d'exemple nullement limitatif. Une machine ou moteur à combustion interne est équipé par exemple de quatre turbocompresseurs à gaz d'échap- pement, qui ont ensemble la capacité correspondant aux quan- tités d'air et de gaz d'échappement du moteur fonctionnant à son régime nominal. Les quatre turbocompresseurs sont montés en parallèle du côté admission de l'air et des gaz d'échappe- ment et peuvent être individuellement mis en service et hors service. Trois de ces turbocompresseurs sont identiques, tandis qu'un autre a une capacité plus faible. Le rapport entre le débit massique d'air et de gaz d'échappement de chacun des trois gros turbocompresseurs et celui du petit est égal à 2:1. Par conséquent, chacun des gros turbocompresseurs a une capacité égale à 2/7 des débits de gaz d'échappement et d'air du moteur en régime nominal, la capacité du petit étant égale à 1/7 de ces débits. Pour faire fonctionner le moteur entre la marche au ralenti et la marche à pleine puissance et avec le rapport de débits précité, la séquence de commutation des quatre turbo- compresseurs est par exemple celle qui est représentée sur le schéma du dessin annexé. On voit sur ce schéma qu'il est possible de réa- liser avec quatre turbocompresseurs une séquence de commuta- tion à sept degrés. Lorsque la charge du moteur augmente, les gros turbocompresseurs sont mis en service l'un après l'autre et, quand la charge diminue, ils sont mis hors servi- ce successivement, alors que le petit turbocompresseur est mis à plusieurs reprises en service ou hors service, suivant le sens de variation de la charge, en complément des gros afin de diminuer l'importance de la discontinuité entre degrés de commutation. Avec la répartition précitée des débits mas- siques entre les quatre turbocompresseurs à gaz d'échappement, on obtient dans l'exemple décrit une diminution de moitié de l'importance de la discontinuité. Chaque degré de commutation correspond à une pla- ge déterminée de vitesses angulaires du moteur, dans laquelle ce moteur peut fonctionner sensiblement à un régime de consom- mation optimale du carburant. Puisque le nombre des turbo- compresseurs en service correspond à la quantité instantanée de gaz d'échappement disponible lorsque le moteur fonctionne sous charge partielle, ces turbocompresseurs fonctionnent aus- si sensiblement à leur puissance nominale dans des conditions optimales de marche. Il va de soi qu'il est possible d'apporter diver- ses modifications au moteur à turbocompresseurs décrit sans s'écarter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Machine à combustion interne équipée d'un certain nombre de turbocompresseurs à gaz d'échappement mon- tés en parallèle, qui peuvent être mis en service et hors service individuellement, l'ensemble ayant la capacité qui correspond aux quantités de gaz d'échappement et d'air de la machine à sa puissance nominale et, lorsque la machine fonctionne sous charge partielle, ceux des turbocompresseurs, qui sont en service en fonction de la quantité instantanée des gaz d'échappement1sont en nombre voulu pour que ladite machine fonctionne aussi près que possible des conditions op- timales, machine caractérisée en ce que l'un des turbocom- presseurs est conçu pour un débit massique d'échappement et d'air inférieur à celui des autres turbocompresseurs qui sont identiques entre eux, les gros turbocompresseurs étant, en fonction du débit des gaz d'échappement disponible à tout instant au cours des variations du régime du moteur, mis successivement en service, lorsque la charge partielle aug- mente, et successivement hors service, lorsqu'elle diminue, et le petit turbocompresseur étant mis en marche et arrêté à plusieurs reprises pour compléter la capacité des gros turbocompresseurs dans la plage de fonctionnement comprise entre les régimes auxquels la quantité de gaz d'échappement produite est respectivement minimale et maximale. 2. Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'importance de la discontinuité créée par la mise en service ou l'arrêt d'un gros turbocompresseur successif est réduite grâce à la mise en marche ou l'arrêt du petit turbocompresseur. 3. Machine selon la revendication 2, caracté- risée en ce que le rapport entre les débits massiques d'air et de gaz brûlés du petit et de chacun des gros turbocompres-, seurs est de 1:2.