Brevet FR2541369A1 — publié le 19840824

Dispositif réduisant la température de sortie d'air des compresseurs et turbo-compresseurs. La présente invention concerne un dispositif qui s'applique aux compresseurs et turbo-compresseurs d'air équipant les moteurs à explosion. L'étalonnage de la puissance dissipée par un moteur à explosion est établie à la température standard, soit 15 centigrade à la pression du niveau de la mer et à hydrométrie standard; Il est bien évident, que si le moteur admet de l'air à une température supérieure à la standard, la masse d'air aspirée à chaque déplacment du piston est inférieure à celle de la température standard. Comme le rapport air-carburant reste le même la quantité de carburant est également moindre, et par conséquent la puissance dissipée moindre. L'on admet qu'une chute de 30 de l'air de carburation se traduit par un gain de puissance voisin de 150 suivant la température de 1' entrée de l'air. I1 s'avere donc nécessaire d'admettre dans un moteur thermique de l'air de combustion à une température le plus près possible de la température standard ou inférieure. Le rendement d'un moteur thermique étant d'autant meilleur que l'écart de température entre l'entrée et la sortie des gaz est grand. Jusqu'à ce jour, l'abaissement de la température de l'air de carburation dans les moteurs turbo-compréssés est obtenu par le passage de cet air à travers des échangeurs de températures à liquide ou à air lesquels sont encombrants, fragiles et couteux. Par ailleurs ils entrainent une perte de charge et qui plus est, ils sont du fait de leur encombrement difficiles à loger sur les véhicules. Dans la présente invention le positionnement de l'axe du turbo-compresseur à la verticale supprime l'effet gyroscopique durant les virages du véhicule et ainsi diminue les efforts sur les roulements, donc moins d'usure et d'entretien. Pour une partie de la fabrication, on utilise des matériaux à très faible coefficient de conductibilité thermique comme le titane et ses alliages, soit tout autre matériaux ayant les mêmes caractéristiques notamment pour l'arbre vertical et l'entretoise. Par contre pour la partie carter du compresseur on utilise des matériaux à haut coefficient de conductibilité thermique pour faciliter l'évacuation des calories. Une description détaillée du dispositif fait suite pour une meilleure compréhension de la présente inveention. Elle est donnée à titre d'exemple non limitatif. Figure unique schéma de principe de l'ensemble du systéme. L'échauffement de l'air à la sortie d'un turbo compresseur à deux origines principales a) l'air de carburation passe dans un ensemble porté à température élevée par conductibilité de la chaleur provenant de la turbine motrice (2) et de son carter (14) psrtds à température élevée par le contact des gaz d'échappement. b) par échauffement du à l'augmentation de la pression. Nous allons d'abord traiter la partie "a". La position de l'ensemble turbine motrice (2) et compresseur (10) sont montés sur l'arbre vertical (t), la turbine motrice soumise à la haute température du gaz d'échappement à la partie haute de l'ensemble ce qui réduit la propagation de la chaleur par conducttilité ; celle ci se déplaçant du bas vers le haut. Ensuite l'arbre (1) et l'entretoise (5) sont fabriqués en matériaux à très faible coefficient de conductibilité comme le titane et ses alliages, soit en inox (18/10) soit en tout autres matériaux ayant les mêmes caractéristiques.Ce cnui réduit d'une façon très importante le transport de calories vers la partie compresseur (10) (13), En plus un bouclier thermique (3) placé sous r, carter (14) de la turbine motrice en matériaux isotherme comme l'amiants, soit en matériaux synthétiques ayant les mêmes caractéristiques, réduit la transmission de la chaleur par rayonnement vers la partie compresseur. En plus, dans l'espace (8) entre l'entretoise (5) et l'arbre (1) l'on établie une circulation d'air à partir du tube (7) relié à la pipe d'admission avant le systéme de régulation. En fonctionnement normal, sans compresseur, l'air est aspiré par le conduit (7), l'orifice (6) et-entrant par le trou (4), cet air en circulant dans l'espace (8) en diminue la température ainsi que sur l'entretoise- (5) et l'arbre (1). Lorsque le compresseur entre en fonction, la pression dans la pipe d'admission devient supérieure à la pression athmosphérique et le circuit de l'air dans l'espace (8) est alors inversé, c'est à dire que l'air venant de la pipe d'admission passe par le tube (7) puis l'orifice (6) circule dans l'espace (8) et est évacué avec les calories dont elle s'est chargée, par le trou (4). Ce qui réduit encore d'une façon importante la transmission de chaleur de la partie turbine motrice (2) vers la partie compresseur (13) et (10). Pour la partie "b" il faut réduire la température due à l'élévation de pression de l'air de carburation. Pour cela nous utiTi- serons le systéme venturi et détente. Pour la partie aspiration du compresseur nous placerons une venturi (17) dans le conduit (16) qui crééera un étranglement donc accélération du flux d'air, chute légère de pression et détente à l'entrée de la turbine (10). Ce qui donnera une légère diminution de température de l'air d'entrée, étant donné que nous travaillons sur de fai-ble pression mais cela donne un gain léger mais non négligeable. L'on effectue la même opération à la sortie d'air compresseur en passant par le venturi (11) la pression d'air diminue dans Te col du venturi et accélère sa vitesse et se détend dans le conduit-de plus grande section (12) allant vers les cylindres. Le venturi (11) do-it entre soigneusement calculé ainsi que la section du conduit (12) de façon à ce que le gain de température soit supérieur à la perte de charge, mais cela est toujours possible. Sur le véhicule, un autre avantage du montage du turbo compresseur sur un axe vertical, est la suppression de l'effet gyroscopique dans les virages droits ou gauches, il reagit simplement en cas de changement d'assiette c'est à dire lors des montées et des descentes mais alors l'effet gyroscopique est très faible et peut être considéré comme négligeable. Cela supprime toutes contraintes parasites sur ces roulements (9) et en assure ainsi une meilleure tenue dans le temps. Lors de l'emploi de compresseur mécanique ou electrique seul le systéme-de refroidissement par venturi et détente sera employé. Le carter(l3)du compresseur est muni d'ail lettes (15) pour pour faciliter l'évacuation de la chaleur due à l'augmentation de la pression d'air. La présente invention a le très gros avantage de n'utiliser aucune pièce en mouvement supplémentaire, de ne pas alourdir le poids transporté, de supprimer les échangeurs de température couteux et fragiles encombrants et d'un prix de revient assez élevé. D'assurer une meilleure tenue du turbo compresseur par la suppression de l'effet gyroscopique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif réduisant la température de sortie d'air des compresseurs et turbo-compresseurs, caractérisé par le fait qu'il utilise des matériaux à faible coefficient de conductibilité thermique, que le turbo - compresseur est à axe vertical (1), que l'espace (8) de l'ntretoise (5) est automatiquement ventilée, qu'il utilise le principe de venturi-détente pour abaisser la température d'entrée et sortie d'air de carburation et qu'un bouclier thermique (3) limite la transmission de chaleur par radiation vers la partie compresseur 2.- Dispositif réduisant la température de sortie d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre (1) et l'entretoise (5) sont constitués de matériaux à très faible coefficient de conductibilité thermique ce qui permet de réduire la transmission de chaleur de la turbine motrice (2) vers la partie compresseur (10). 3.- Dispositif réduisant la température de sortie d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble est positionné sur un axe (1) la turbine motrice (2) à la partie haute réduisant la transmission de chaleur par conductibilité vers la partie compresseur située à la partie basse. 4.- Dispositif réduisant: la température de sortie d'air, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un bouclier thermique (3) en matériaux très isothermes est placé sous le carter (14) de la turbine motrice réduisant la transmission de la chaleur par radiation vers la turbine compresseur. 5.- Dispositif réduisant la temepérature de sortie d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'espace (8) est situé entre l'entretoise (5) et l'arbre (1). 6.- Dispositif réduisant la température de sortie d'air, selon la revendication 1, caréctérisé par le fait que l'on utilise le principe venturi (11) et (17) ,puis détente pour abaisser la température de l'air de carburation. 7.- Dispositif réduisant la température de sortie d'air selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble est positionné sur un arbre (1) vertical, ce qui supprime l'effet gyroscopique durant les virages à droite ou à gauche, lorsqu'il est monté sur un véhicule.