Brevet FR2496168A1 — publié le 19820618

La présente invention se rapporte à une ma- chine ou moteur à combustion interne suralimenté par turbo- compresseurs à gaz d'échappement et équipé d'une chambre auxi- liaire 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 comportemeint à l'accéléra- tion dudit moteur à combustion interne, l'air comburant per- mettant le fonctionnement de ladite chambre étant prélevé sur le courant d'air d'alimentation engendré par le turbocompres- seur. L'invention vise par conséquent à améliorer le comporte- ment à 1' 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'échappement produite 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'ob- tenir une augmentation rapide de la vitesse angulaire du turbo- compresseur ou une montée rapide en pression dans le système d'air d'alimentation du moteur. Dans l'un des deux systèmes mentionnés, les gaz d'échappement du moteur traversent une chambre auxiliaire de combustion. Dans cette chambre, par suite de l'admission de carburant qui y brCle en utilisantintégralement l'oxygène rési- duel des gaz d'échappement, la température et la quantité de ces derniers sont accrues. Dans ce système cependant, le com- portement de la combustion dans la chambre auxiliaire est insta- ble 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 introduitsdans la chambre auxiliaire de combustion de l'air comburant détourné du débit d'air d'alimentation du moteur, ainsi que du carburant. Ensuite, les gaz chauds engendrés dans cette chambre auxiliaire de 2496 1 68 combustion sont ajoutés aux gaz d'échappement provenant du moteur avant de pénétrer dans la turbine du turbocompres- seur. 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 comporte l'inconvénient aggravant que, lorsqu'il est ajusté de manière 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 insatisfaisant. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer une système fiable équipant un moteur à combustion interne suralimenté et comportant une chambre auxi- liaire de combustion. Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, les compresseurs de deux turbocompresseurs à gaz d'échappement, qui refoulent tous deux dans un conduit d'air d'alimentation commun à tous les cylindres du moteur à combustion interne, sont équipés chacun côté aspiration d'un clapet anti-retour; au ralenti ou sous charge partielle, les gaz d'échappement du moteur à combustion interne sont dirigés seulement vers l'un des deux turbocompresseurs, auquel cas le débit d'air refoulé par ce turbocompresseur provoque une fermeture automatique du clapet anti-retour de l'autre turbo- compresseur; pour accélérer le moteur à combustion interne, les gaz s'échappant de la chambre auxiliaire de combustion, dans laquelle un allumage a été provoqué à cet effet et qui fonc- tionneà pleine puissance, sont dirigés vers l'autre turbo- compresseur qui, de ce fait, est à même d'assurer pleinement l'alimentation de ladite chambre auxiliaire et du moteur à combustion interne en air comburant, auquel cas le débit d'air refoulé par ce turbocompresseur provoque la fermeture automatique du clapet anti-retour du turbocour.presseur cité en premier lieu; le débit des gaz d'échappement, provenant du mo- teur à combustion interne et augmentant avec l'accélérationprovoque enfin, dans le turbo-compresseur sollicité par ces gaz d'échap- pement, un refoulement accru d'airs par suite duquel le clapet antiretour associé à ce turbocompresseur côté aspiration s'ouvre à nouveau et ledit turbocompresseur est à même de prendre part de manière croissante à l'alimentation en air du moteur à combustion interne et de la chambre auxiliaire de combustion; et après que ledit moteur à combustion interne a été accéléré pour atteindre sa vitesse angulaire souhaitée, il y a extinction dans la chambre auxiliaire de combustion ou bien cette dernièreest ramenée à sa puissance d'attente. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion, la répartition du débit d'air d'alimentation entre la chambre auxiliaire de combustion et le moteur à combustion, interne est assurée par au moins un organe d'étranglement ré- glable ou pilote. Les avantages obteinus grâce à l'invention consistent notamment en ce que, par rapport à des moteurs à combustion interne suralimentés et non équipés d'un dispositif auxiliaire, la durée nécessaire à l'accélération du moteur à combustion interne, du fonctionnement au ralenti au fonction- nement à pleine charge, est notablement réduite; en ce que la chambre auxiliaire de combustion peut fonctionner indépen- damment 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'écha pement, le rassemblement des gaz d'échappement provenant du moteur et de la chambre auxiliaire, fonctionnant à pleine charge, 1 conduit des gaz d'échappement dudit moteur peut être conçu pour permettre un débit optimal; en ce qu'on peut obtenir en un court intervalle de temps une accélération du moteur à combustion interne. L'invention va à présent être décrite plus en détail-en regard du dessin annexé à titre d'exemple nulle- ment limitatif et sur lequel la figure unique est une repré- sentation schématique d'un moteur à combustion interne sura- limenté par turbocompresseurs à gaz d'échappement. Une machine ou moteur à combustion interne, comportant deux rangées 11 et 12 de cylindres associées cha- cune à un conduit d'air d'alimentation 13 ou 14 et à un con- duit des gaz d'échappement 15 ou 16, respectivement, est ali- meênté par des turbocompresseurs à gaz d'échappement 17 et 18 en air d'alimentation préalablement comprimé. Dans des conduits 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 transfert 19. Dans des conduits d'aspiration 37 et 38 des compresseurs 24 et 27, se trouvent des clapets anti-retour 39 et 40, respecti- vement. Le clapet anti-retour 39 ou 40 se ferme automatiquement dès que son compresseur associé n'est plus en mesure de re- fouler à l'encontre de la pression régnant dans le système d'air d'alimentation du moteur à combustion interne. Les con- duits des gaz d'échappement 15 et 16 communiquent, par l'in- termédiaire d'un distributeur 28 pouvant occuper des positions de commutation "a" et "b", avec des turbines 25 et 26 des turbocompresseurs 17 et 18. Une chambre auxiliaire de combus- tion 31, vers laquelle de l'air comburant provenant du conduit d'admission 21 est dirigé par l'intermédiaire d'un conduit 32, est reliéeelle aussi,au distributeur 28 par son conduit d'é- chappement 30. 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 unautre dispositif pilote 34 incorporé dans le conduit d'admission 21 En fonctionnement normal, lorsque le moteur à combustion 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 des conduits 35 et 36, au seul tur- liocompresseLur 17, qui prend seul en charge l'alimentation en air du moteur à combustion interne au moyen de son compresseur 24, par l'intermédiaire du conduit d'admission 20. Etant donné que le turbocompresseur 18 n'est pas entraîné, donc que son compresseur 27 ne refoule pas, le clapet anti- retour 40 est fermé sous l'effet de la montée en pression, due au compresseur 24, de l'air d'alimentation dans le système d'ad mission d'air du moteur à combustion interne. 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 après ouver- ture du pilote 33, alors que le distributeur 28 occupe sa po- sition "a". Les gaz s'échappant de cette chambre auxiliaire sont dirigés vers la turbine 26 du turbocompresseur 18 par l'intermédiaire du conduit d'échappement 30, du distributeur 28 et d'un tronçon 29 du conduit des gaz d'échappement. Le turbocompresseur 18 accuse de ce fait un accroissement de sa vitesse angulaire qui, lorsque la chambre auxiliaire 31 fonc- tionne à pleine charge, est finalement suffisante pour refou- ler à l'encontre de la pression développée dans le système d'alimentation en air du moteur à combustion interne par le compresseur 24 du turbocompresseur 17. Il en résulte enfin une ouverture du clapet anti-retour 40, cependant que le cla- pet anti-retour 39 se ferme lorsque le refoulement assuré par le compresseur 27 est supérieur à celui du compresseur 24. En étant assisté par la chambre auxiliaire de combustion 31, le turbocompresseur 18 est enfin à même d'assurer à lui seul l'alimentation en air du moteur à combus- tion interne et de délivrer de l'air comburant à la chambre auxiliaire 31. Quelle que soit la production de gaz d'échappe- ment par le moteur à combustion interne, le turbocompresseur 18, assisté par la chambre auxiliaire 31, peut provoquer un dé- bit massique d'air d'alimentation nettement plus important que celui auquel correspond la puissance, à l'instant considéré dudit moteur à combustion interne. Cet excédent d'air permet un accroissement, nécessaire pour l'accélération, de l'admission de carburant du moteur à combustion interne, dont la produc- tion de gaz d'échappement augmente en conséquence, ce qui entraine à son tour un accroissement de puissance du turbo- compresseur 17. Avec ce débit massique des gaz s'échappant du moteur à combustion interne et croissant lors de l'accéléra- tion, le turbocompresseur- 17 est en mesure de prendre part de manière accrue à l'alimentation en air dudit moteur à combustion interne et de la chambre auxiliaire de combustion 31, d'o il résulte que le clapet antiretour 39 s'ouvre à nouveau entièrement. Après que le moteur à combustion interne a été accéléré pour atteindre sa vitesse angulaire souhaitée, ou bien lorsque la limite de puissance de ce moteur a été atteinte, limite jusqu'à laquelle le turbocompresseur 17 est à même d'absorber à lui seul le débit massique des gaz d'échap- pement du moteur à combustion interne, il y a extinction dans la chambre auxiliaire de combustion 31, ou bien cette dernière est ramenée a sa puissance d'attente. En même temps, le dis- tributeur 28 commute à sa position "Ib;') dans laquelle les gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne sont répartis dans les deux turbocompresseurs 17 et 18. Lorsque la chambre auxiliaire 31 fonctionne en attente, sa production de gaz d'échappement est faible par rapport à celle de son fonctionnement à pleine charge. Le fait que cette faible quantité de gaz d'échappement provenant du conduit 30 soit ajoutée au débit massique des gaz d'échappe- ment du moteur à combustion interne ne nuit en rien au fonc- tionnement de ce moteur. Le regroupement, représenté sur la fi- gure unique, des conduits de gaz d'échappement 15 et 16 dans le conduit 35 en amont du distributeur 28 ne constitue pas le seul agencement possible. Ces conduits 15 et 16 peuvent également, lorsque le conduit 35 est supprimé, se prolonger séparément jusqu'au distributeur 28 et se rejoindre dans ce dernier lorsqu'il occupe sa position "a", afin d'alimenter en commun le conduit 36. Ainsi, lorsque le distributeur est en position "b", la bifurcation du trajet d'acheminement des gaz d'échappement du moteur devient super- flue. Lorsque le distributeur 28 est en position "b", un trajet d'acherainerment-permet d'assurer la liai- son entre les conduits de gaz d'échappement 15 et 36 et 16 et 29, respectivement. Dans cette variante de réa- lisation, les gaz s'échappant de la chambre auxiliaire 31 et résultant du fonctionnement en attente de cette dernière sont dirigés vers l'un des deux turbocompresseurs ou bien, en contournant ces turbocompresseurs, ils sont dirigés directe- ment dans un conduit d'échappement 41 du moteur à combustion interne. Dans un but de clarté, le distributeur 28 est illustré 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 1o des conduits commandés par ledit distributeur 28. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportés 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 turbocom- presseur à gaz d'échappement, afin d'améliorer le comportement à l'accélération dudit moteur à combustion interne, l'air com- burant permettant le fonctionnement de ladite chambre auxi- liaire étant prélevé sur le courant d'air d'alimentation en- gendré par ledit turbocompresseur, moteur caractérisé par la combinaison des particularités suivantes: (a) les compresseurs (24, 27) de deux turbo- compresseurs à gaz d'échappement (17, 18), qui refoulent tous deux dans un conduit d'air d'alimentation commun à tous les cylindres du moteur à combustion interne, sont équipés chacune côté aspirationd'un clapet antiretour (39 >40); (b) au ralenti ou sous charge partielle, les gaz d'échappement du moteur à combustion interne ne sont diri- gés que vers l'un (17) des deux turbocompresseurs, le déb.it d'air refoulé par ce turbocompresseur (17) provoquant une fermeture automatique du clapet anti-retour (40) de l'autre turbocompresseur (18). (c) pour accélérer le moteur à combustion interne, les gaz s'échappant d'une chambre auxiliaire de -com- bustion (31), dans laquelle il y a eu allumage à cet effet et qui fonctionne à pleine puissance,sont dirigés vers l'autre turbocompresseur (18) qui, de ce fait, est à même d'assurer pleinement l'alimentation en air comburant de ladite chambre auxiliaire de combustion (31) et dudit moteur à combustion interne, le débit d'air refoulé par ledit turbocompresseur (18) provoquant alors la fermeture automatique du clapet anti- retour (39) de-l'un (17) desdits turbocompresseurs; (d) le débit dés gaz s'échappant dudit moteur à combustion interne et croissant lors de l'accélération pro- voque enfin, dans le turbocompresseur (17) sollicité par ces gaz, un accroissement du dé-bit d'air par suite duquel le cla- pet anti-retour (39) associé à ce turbocompresseur (17) côté aspiration s'ouvre à nouveau, ledit turbocompresseur f17) étant alors en mesure de prendre une part croissante dans l'alimentation en air du moteur à combustion interne et de la chambre auxiliaire de combustion (31); et C(e) après que ledit moteur à combustion inter ne a été accéléré pour atteindre sa vitesse angulaire souhai- tée, il y a extinction dans la chambre auxiliaire (31) ou bien cette dernière est ramenée à sa puissance d'attente. 2. Moteur à combustion interne selon la re- vendication 1, caractérisé par le fait que la répartition du débit d'air d'alimentation entre la chambre auxiliaire (31) et ledit moteur est assurée par au moins un organe d'étrangle- ment réglable ou pilote (33).