Brevet FR2562161A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un moteur à pistons comportant plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement, parmi lesquels lors d'un fonctionnement en charge partielle du moteur, un ou plusieurs turbocompres- seurs peuvent être désactivés au moyen de dispositifs obturateurs prévus respectivement dans le tuyau d'échappe- ment et dans le tuyau d'admission de chaque turbocompresseur désactivable, les sections de passagedes deux dispositifs obturateurs étant commandées pour l'activation ou la désactivation du turbocompresseur correspondant. La désactivation de turbocompresseurs à gaz d'échappement est effectuée, dans des moteurs à combustion interne à pistons pour augmenter la pression et le début de l'air de suralimentation dans le cas d'une réduction de l'énergie des gaz d'échappement par rapport à la marche à pleine charge, c'est-à-dire dans le domaine de charge intermédiaire et de vitesse intermédiaire du moteur à pistons. Ainsi, dans le cas d'une faible production d'énergie par les gaz d'échappement, un seul turbocompresseur fonctionne et, à mesure que la puissance du moteur à pistons augmente, un ou plusieurs turbocompres- seurs sont enclenchés en parallèle au premier jusqu'à ce que finalement, dans la marche à pleine charge, tous les turbocompresseurs existants fonctionnent simultanément. A chaque processus d'enclenchement ou d'activa- tion, le turbocompresseur à enclencher doit atteindre une vitesse de rotation correspondant aux conditions d'enclen- chement. Lorsqu'on ne dispose à cet effet d'aucune source d'énergie extérieure, le turbocompresseur doit prendre l'énergie nécessaire à son accélération dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Si l'augmenta- tion de vitesse se produit en un temps très court, par exemple par une brusque ouverture du dispositif d'obtura- tion de gaz d'échappement, on retire alors au turbocompres-. 35.seur enclenché en permamence à peu près la moitié de l'éner- gie des gaz-d'échappement qui l'alimentaient. En conséquence la pression d'air de suralimentation diminue temporairement car le turbocompresseur à enclencher ne fournit initialement pas encore d'air de suralimentation. Il en résulte une mauvaise combustionÀqui se fait remarquer par une production de fumée de courte durée. D'après le brevet DE-C-3 032 435, on connaît un moteur à combustion interne à pistons du type précité, dans lequel il est prévu entre le dispositif d'arrêt de gaz d'échappement et le dispositif d'arrêt d'air d'alimentation une liaison active qui, lors de l'enclenchement du turbo- compresseur et alors que le dispositif d'arrêt d'air de sur- alimentation est encore fermé, autorise une ouverture du dispositif d'arrêt de gaz d'échappement seulement jusque dans une position intermédiaire o la vitesse de rotation du turbocompresseur ne débitant pas est limitée à une valeur admissible et qui autorise une ouverture additionnelle du dispositif d'arrêt de gaz d'échappement seulement en même temps queou aprèsVl'ouverture du dispositif d'arrêt d'air de suralimentation. Egalement dans ce cas, le turbocompresseur est accéléré en deux étapes, qui se suivent cependant immé- diatement en un temps court, et il se produit temporairement une réduction de l'excès d'air lors des remplissages des cylindres. On a en outre proposé un moteur à combustion interne à pistons (demande de brevet allemand DE-A-2 809 202), dans lequel le dispositif d'arrêt d'air d'alimentation du turbocompresseur pouvant être désactivé est placé en arrière de son compresseur. Lors de l'activation, le dispo- sitif d'arrêt de gaz d'échappement continue à être ouvert, en fonction de la pression d'air de suralimentation du turbo- compresseur activé, jusqu'à ce que le compresseur du turbo- compresseur à enclencher atteigne cette pression d'air de sur- alimentation. L'air qui est alors débite par celui-ci doit être déchargé par l'intermédiaire d'une soupape de manière que le compresseur fonctionne à peu près sur une courbe de profil parabolique faisant partie de la famille de courbes caractéristiques du compresseur. En conséquence, le compresseur à enclencher reçoit de plus en plus de puissance au cours du-processus d'enclenchement et l'air qui est débité par lui ne sert cependant pas à la suralimentation du moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne, en dehors de l'entraînement du turbocompresseur enclenché en permanence, ne peut exploiter cette puissance additionnelle qu'en augmentant la température de ces gaz d'échappement et sa consommation de carburant et en provoquant une forte forma- tion de fumées. Ce processus d'enclenchement est particu- lièrement désavantageux par le fait que le moteur à combustion interne fonctionne, suivant l'application consi- dérée, assez longtemps dans ce domaine situé entre le début et la fin de la phase d'activation. La présente invention a pour but d'éliminer autant qu'il est possible le manque d'air de suralimentation se produisant pendant le processus d'enclenchement et qui s'établit notamment dans des moteurs à combustion interne fortement chargés et dans lesquels toute la plage de fonc- tionnement doit être couverte avec seulement peu de turbo- compresseurs à gaz d'échappement. Ce problème est résolu en ce que, lors d'un enclenchement avec une offre croissante-en énergie de gaz d'échappement, on assure initialement, comme cela est connu, l'ouverture du dispositif d'arrêt de gaz d'échappe- ment du turbocompresseur à gaz d'échappement à enclencher de manière que le turbocompresseur à gaz d'échappement enclenché en permanence fonctionne encore à sa limite supérieure de puissance, en ce que seulement un débit d'air fortement étranglé peut être fourni aux compresseurs du turbo- compresseur h gaz d'échappement à enclencher/pendant le processus d'enclenchement au moyen d'un conduit de dériva- tion pouvant être obturé et s'étendant depuis le-conduit collecteur d'air de suralimentation du moteur à combustion interne jusque dans le conduit d'admission du compresseur en arrière du dispositif d'arrêt d'air d'alimentation,et en ce que l'ouverture complète du dispositif d'arrêt.de gaz d'échapement n'est réalisée que lorsque le turbocom- prvsaeur a atteint approximativement la viteese de rote- tion nécessaire à son enclenchement. Grâce à cet agencement, le turbocompresseur à gaz d'échappement enclenché fournit initialement, de la même matière que dans la demande de brevet allemand DE-A-2 909 202, pendant l'enclenchement, l'air de suralimentation du îo moteur à combustion interne, et seule l'énergie de gaz d'é- chappement en excès est fournie à la turbine du turbocompres- seur à enclencher. Cependant, du fait que, à cause du fort étranglement du débit et de son renvoi au côté d'admission du compresseur, la puissance nécessaire à l'entraInement de ce turbocompresseur est trbs-faible, la vitesse de rota- tion, nécessaire pour son enclenchement, est atteinte avec un excès de puissance bien plus faible que dans le cas du procédé connu. Le moteur à combustion interne peut fournir cet excès de puissance sans aucune difficulté déjà lors d'une faible augmentation de puissance. Du fait que le com- presseur est refroidi par l'écoulement d'air, on peut opérer en chaque point de marche placé dans le domaine d'enclenche- ment, même pendant une assez longue période et sans aucun inconvénient pour le moteur à combustion interne ou pour les turbocompresseurs à gaz d'échappement. L'opération d'enclenchement est arrêtée, comme cela est connu, lors de l'ouverture complbte du dispositif d'arrêt de gaz d'échappement. Du fait que le turbocompres- seur à enclencher ne doit cependant plus être notablement accéléré pour atteindre son plein régime normal et permet- tre ainsi-l'ouverture de son dispositif d'arrêt d'air de suralimentation, la baisse de pression d'air de suralimen- tation qui en résulte est également très faible et ne peut pratiquement plus être décelée. Un exemple de réalisation de l'invention-est repré- senté sur le dessin ci-joint et va être décrit d'une façon plus détaillée dans ce qui suit. c62161 Le dessin représente deux turbocompresseurs de gaz d'échappement, 11 et 12; à deux étages pour un moteur combustion interne à pistons. Le turbocompresseurs 11 de gaz d'échappement, enclenché en permanence, se compose d'un turbocompresseur haute pression 13 pourvu d'une turbine 14 et d'un compresseur 15 et d'un turbocompresseur basse pres- sion 16 pourvu d'une turbine 17 et d'un compresseur 18. Le turbocompresseur 12 pouvant être arrêté se compose d'un tur- bocompresseur haute pression 19 pourvu d'une turbine 20 et d'un compresseur 21 et d'un turbocompresseur basse pression 22 pourvu d'une turbine 23 et d'un compresseur 24. Les tur- bocompresseurs il et 12 de gaz d'échappement sont alimentés en gaz d'échappement à partir d'un tuyau 25 collecteur de gaz d'échappement et par l'intermédiaire de tuyaux 26 et 27 de gaz d'échappement. Ils fournissent de l'air de surali- mentation au moteur à combustion interne, non représenté, par l'intermédiaire d'un refroidissement 28 d'air de suralimen- tation, de tuyaux 29 et 30 d'air de suralimentation et d'un tuyau 31 collecteur d'air de suralimentation. A faible charge, le turbocompresseur 12 de gaz d'échappement est séparé du tuyau 25 collecteur de gaz d'é- chappement par l'intermédiaire d'un dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappement, commandé qu moyen d'un conduit de commande 32 par la pression d'air d'alimentation transmise par le tuyau 31 collecteur d'air d'alimentation. Un disposi- tif 34 d'arrêt d'air de suralimentation empêche alors l'air de suralimentation provenant du tuyau collecteur 31 de sort-ir en empruntant le turbocompresseur 12 de gaz d'échappement. Du tuyau 30 d'air de suralimentation part un tuyau de dérivation 36 pouvant être commandé par l'intermédiaire d'une soupape 35 et qui débouche dans un tuyau d'admission 37 du compresseur 24 en arrière du dispositif 34 d'arrêt d'air de suralimentation. Un conduit de commande 39 relie un tachymètre 38 du turbocompresseur haute pression 19 au dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappement. Lorsque, lors d'une augmentation de la puissance du moteur à combustion interne, la limite supérieure de puissance du turbocompresseur 11, enclenchê en permanence est atteinte, le dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappe- mertest ouvert en étant commandé par l'intermédiaire du con- duit de commande 32, par la pression d'air de suralimentation régnant dans le tuyau collecteur 31 de manière qu'il ne se produise aucune diminution de la pression d'air de suralimentation. En conséquence, le turbocompresseur 12 désactivé est mis en rotation et il est accéléré en fonction de la production d'un excès d'énergie dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. La quantité d'air qu'il débite alors est renvoyée par l'intermédiaire du tuyau de dérivation 36,quand la soupape 35 est ouverte, dans son tuyau d'admis- sion 37. Cette quantité d'air est fortement limitée par la section d'ouverture de la soupape ou par la section du tuyau de dérivation. En conséquence, la puissance consommée par les compresseurs 21 et 24 est faible et le turbocompres- seur 12 de gaz d'échappement atteintdéjà avec un faible excès de puissance>la vitesse de rotation qui est nécessaire pour son enclenchement. Du fait que l'écoulement d'air en circulation assure le refroidissement des compresseurs 21 et 24, et également en coopération avec le refroidisseur 28 d'air de suralimentation, le moteur à combustion interne peut, lorsque cela est nécessaire, fonctionner pendant une assez longue période dans la plage d'enclenchement sans qu'il se produise une surchauffe des compresseurs. Un peu avant que sa vitesse de service soit atteinte, le dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappement est complètement ouvert par un signal transmis par le conduit de commande 39 et simultanément la soupape 35 est fermée. En conséquence le dispositif 34 d'arrêt d'airde suralimentation s'ouvre auto- matiquement ou bien, comme cela est connu d'après le brevet allemand DE-C- 3 032 435, en fonction de l'ouverture du dispo- sitif 33 d'arrêt de gaz d'échappement. Le processus d'enclen- chement se termine ainsi. Lorsque, dans le cas d'une diminution de la puissance du moteur à combustion interne, l'offre d'éner- gie de ga& d'échappement et par conséquent le débit et la pression d'air de suralimentation diminuent en correspondance, le dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappement est fermé de façon continue ou échelonnée>par exemple en étant commandé>par l'intermédiaire du conduit de commande 323par la pression d'air d'alimentation régnant dans le tuyau 31 collecteur d'air de suralimentation. Ainsi le turbocompresseur 11 de gaz d'échappement reçoit plus d'énergie de la part des gaz d'échappement et il peut maintenir la pression d'air de suralimentation à peu près constante, bien que le turbocom- presseur 12 règle sa fourniture d'air par fermeture du dispositif 34 d'arrêt d'air de suralimentation. Par ouverture de la soupape 35, une faible circulation d'air est ensuite à nouveau entretenue dans le tuyau de dérivation 36 et dans les compresseurs 21 et 24 jusqu'à ce que, par une fermeture finale du dispositif 33 d'arrêt de gaz d'échappement, le turbocompresseur 12 soit arrêté et qu'ainsi le processus d'arrêt soit terminé. REVENDICATIONS 1. Moteur à pistons comportant plusieurs turbocom- presseurs de gaz d'échappement, parmi lesquels lors d'un fonc- tionnement en charge partielle du moteur, un oU pLuteijre tur- bocompresseurs peuvent être désactivés au moyen de dispositifs obturateurs prévus respectivement dans le tuyau d'échappe- ment et dans le tuyau d'admission de chaque turbocompresseur, désactivable, les sections de passage des deux dispositifs obturateurs étant commandées par l'activation ou la désacti- vation du turbocompresseur correspondant, moteur caractérisé en ce que lors d'un enclenchement avec offre croissante en énergie de gaz d'échappement on assure tout d'abord, de façon connue, une ouverture du dispositif-(-33) d'arrêt de gaz d'échappement du turbocompresseur (12) de gaz d'échap- pement à enclencher de manière que le turbocompresseur (l) de gaz d'échappement, enclenché en-permanence fonctionne en- core à sa limite supérieure de puissance, en ce que seul un débitd'air fortement étranglé peut être fourni aux compres- seurs (21, 24) du turbocompresseur (11l) de gaz d'échappement à enclencher pendant le processus d'enclenchement, au moyen d'un conduit de dérivation (31) pouvant être obturé et s'é- tendant depuis le conduit (37) collecteur d'air d'alimenta- tion du moteur à combustion-interne jusque dans le conduit (24) d'admission du compresseur en arrière du dispositif (34) d'arrêt d'air de suralimentation, et en ce que l'ouverture complète du dispositif (33) d'arrêt de gaz d'échappement n'est réalisé que lorsque le turbocompresseur (12) a atteint ap- proximativement la vitesse de rotation nécessaire à son en- clenchement. 2. Moteur à combustion interne à pistons selon la revendication 1 comportant un refroidissement d'air de sura- limentation disposé respectivement dans chaque conduit exis- tant entre le conduit collecteur d'air de suralimentation du moteur à combustion interne et les compresseurs du ou des turbocompresseur(s) de gaz d'échappement pouvant être ar- rêté(s), moteur caractérisé en ce qu'il comporte un tuyau de dérivation (36) partant directement après un refroidissement (28) d'air de suralimentation.