Brevet FR2515262A1 — publié le 19830429

TURBOCOMPRESSEUR SUR CZ D'ECHAPPEDENT L'invention concerne un turbocompresseur sur gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne , du type comprenant une turbine disposée en fonctionnement pour être commandée par les gaz d'échappement d'un moteur associé et un compresseur commandé par la turbine, le compres-seur étant connecté en fonctionnement au tuyau d'admission du moteur pour pressuriser le gaz à l'intérieur de celui-ci. Le turbocompresseur sur gaz d'échappement est conçu pour produire,en association avec le moteur,une pression aussi élevée que possible dans le tuyau d'admission du moteur associé à des vitesses de moteur et de charges faibles de manière à tirer le plus d'avantages possibles du turbocompresseur sur gaz d'échappement. Cela entraîne une pressurisation excessive à des vitesses de moteur et de charges élevées. On connait différents types de soupapes que l'on peut faire fonctionner pour contrôler le degré de pressurisation afin de réduire au minimum le risque de détériorisation du moteur.Parmi ces différents types de soupapes connus il existe ,par exemple, des soupapes sous la forme de régulateurs à l'entrée ou à.la sortie du compresseur, des soupapes de dérivation placées entre l'entrée et la sortie du compresseur, des soupapes de com mande des gaz à la sortie de la turbine et une vanne de trop-plein interposée avant l'entrée de la turbine. Tous ces dispositifs connus ont l'inconvénient de produire un étranglement et/ou une perte d'énergie considérable qui se traduit par une consommation supérieure de combustible par le moteur. L'objet de la présente invention est un turbocompresseur sur gaz d'échappement du type spécifié sous une forme dans laquelle la pressipn à la sortie du compresseur peut être contrôlée de façon à obtenir la perte d'énergie minimum. Selon la présente invention, un turbocompresseur sur gaz d'échappement du type spécifié est caractérisé en ce qu'il comprend une turbine supplémentaire, un conduit relit l'entrée de ladite turbine à la sortie du compresseur, une soupape pourcontrôler le débit du gaz dans le conduit, la turbine étant couplée mécaniquement avec la première turbine mentionnée et le compresseur ou à une partie rotative associée au moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la pr-ésente invention seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1 est une représentation schématique d'un turbocompresseur sur gaz d'échappement et d'une installation de moteur selon l'invention, et Figures 2, 3 et-4 sont des diagrammes montrant la variation de différents paramètres de fonctionnement. Sur la Figure 1, le turbocompresseur sur gaz d'échappement comprend-une turbine d'écoulement radial 10 qui est contenue à l'intérieur d'un logement comportant une entrée connectée au tuyau d'echappement 11 du moteur 12, ce dernier étant du type à allumage par compression. Le logement de la turbine comporte une sortie 13 pour une connexion au dispositif d'échappement du moteur. Le turbocompresseur sur gaz d'échappement de l'invention comprend également un compression principal 14 qui est situé à l'intérieur d'un logement-comportant une entrée 15 et une sortie qui est connectée au tuyau d'admission d'air 16 du moteur. Le compresseur est du type à écoulement radial et il est couplé avec la turbine par un arbre 17. Comme on l'a expliqué, le turbocompresseur sur gaz d'échappement est du type classique associé à un moteur à allumage par compression et, quand la charge sur moteur et sa vitesse augmentent, les gaz d'échappement quittant le moteur commandent la turbine pour pressuriser l'air fourni au tuyau d'admission , ce qui augmente la puissance délivrée par le moteur. Le turbocompresseur sur gaz d'échappement selon la présente invention permet de contrôler la pression de l'air dans le tuyau d'admission du moteur au moyen d'une autre turbine 18 montée sur l'arbre 17 et qui comporte une entrée connectée à un conduit 19 dont l'autre extrémité est connectée à la sortie du compresseur 14. Une soupape 20 placée dans le conduit peut être actionnée pour contrôler le débit d'air dans le conduit jusque dans la turbine 18. La sortie de la turbine 18 est connectée par un autre conduit 21 à l'entrée du compresseur. Selon les besoins, on peut connecter le conduit 21 à un anneau diffuseur 22 comportant un ensemble de sorties. La Figure 2 représente la variation de la pression de sortie du compresseur 14 en fonction de la vitesse de moteur (N) et la partie en trait plein indique la pression de sortie du compresseur quand il n'y a pas de turbine 18. On peut voir que la pression augmente avec la vitesse aussi on prévoit une soupape telle que décrite précédemment dans des moteurs nécessitant une certaine forme de contrôle de pression. La Figure 2 représente une courbe en tirets indiquant le contrôle de pression qui peut être obtenu en ouvrant la soupape 20 pour permettre à de l'air provenant de la sortie du compresseur de commander la turbine 18 sur son trajet de retour vers l'entrée du compresseur. La Figure 3 représente la variation de pression à l'entrée de la turbine 10 en fonction de la vitesse de moteur pour le dispositif classique (courbe du haut) et pour le dispositif de l'invention (courbe du milieu). La Figure 3 représente aussi (courbe du bas) la pression de sortie du compresseur nécessaire. On notera que la pressiofr à l'entrée d'échappement avec un turbocompresseur sur gaz d'échappement classique augmente en fonction de la vitesse davantage que lorsqu'une turbine supplémentaire est prévue. La zone hachurée entre les courbes de pression d'échappement représente l'économie d'énergie. La Figure4 représente la consommation de combustible spécifique de l'installation de moteur et la zone hachurée représente encore l'économie d'énergie obtenue avec le dispositif de dérivation décrit. Comme on l'a mentionné plus hautr la turbine 18 est cou plée avec l'arbre 17 qui relie la turbine au compresseur 14. Cependant, la turbine peut être connectée à une partie rotative du moteur de manière à ce que l'énergie récupérée à partir de l'air pris à'la sortie du compresseur soit dirigée jusque dans le moteur même ou jusque dans un moteur auxiliaire tel qu'un générateur. La construction du turbocompresseur tel que décrit nécessite très peu de modifications par rapport à la forme classique d'un turbocompresseur sur gaz d'échappement et on peut placer la turbine supplémentaiye sur le côté opposé de la plaque arrière du compresseur. La forme de contrôle décrite permet d'avoir-une turbine et un compresseur plus petits que dans le cas d'un dispositif classique. I1 en résulte une réduction de poids et en particulier une réduction de l'inertie des composants rotatifs. Cela permet au turbocompresseur de répondre beaucoup plus rapidement pendant une accélération du moteur. Dans beaucoup d'installations de turbocompresseurs sur gaz d'échappement, il est nécessaire de prévoir un refroidisseur intermédiaire pour refroidir l'air fourni au tuyau d'admission à partir de la sortie du compresseur. Avec la disposition proposée, la nécessite d'un refroidisseur intermédiaire est réduite et le contrôle de la pression de l'air fourni au moteur est réalisé sans utiliser de vanne de trop-plein. I1 est évident qu'on peut associer le turbocompresseur sur gaz d'échappement à un moteur à gazoline ou à un moteur à gaz qui peut être équipé d'un carburateur classique ou d'un dispositif à injection de combustible. REVEND ICAT IONS 1. Turbocompresseur sur gaz d'échappement pour moteur à combustion interne du type comprenant une turbine dispo sée en fonctionnement pour être commandée par les gaz d'échappement d'un moteur associé et un compresseur commandé par la turbine, le compresseur étant connecté en fonctionnement au tuyau d'admission du moteur pour pressuriser le gaz à I'intérieur de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend une autre turbine 18, un conduit 19 qui relie l'entrée de la turbine 18 à la sortie du compresseur 14, une soupape 20 pour contrôler le débit de gaz dans le conduit, ladite turbine 18 étant couplée mécaniquement avec la première turbine 10 et le compresseur ou à une partie rotative associée au moteur. 2. Turbocompresseur sur gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de ladite turbine supplémentaire 18 est connectée à l'entrée du compresseur. 3. Turbocompresseur sur gaz d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau diffuseur 22 à travers lequel passe l'air allant de la sortie de la turbine supplémentaire 18 à l'entrée du compresseur.