Brevet FR2595409A1 — publié le 19870911

La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne à pistons, muni d'une suralimentation en deux étages assurée par l'intermédiaire de plusieurs groupes de turbocompresseurs à gaz d'échappement qui se com- posent à chaque fois d'un turbocompresseur à gaz d'échappe- ment haute et basse pression, l'un ou plusieurs de ces grou- pes de turbocompresseurs étant réalisés avec faculté de déclenchement et d'enclenchement, moteur dans lequel un dispositif d'isolement respectif est situé dans le conduit des gaz d'échappement du turbocompresseur haute pression et dans le conduit d'aspiration du turbocompresseur basse pression, les sections de passage de ces deux dispositifs d'isolement étant commandées sous charge partielle du moteur à combustion interne, en vue de l'enclenchement et du déclen- chement d'un groupe de turbocompresseut4s. Dans des machines ou moteurs à combustion interne à pistons, le déclenchement de groupes de turbocompresseu() est effectué en vue d'accroître la pression de l'air de sur- alimentation et la quantité de cet air de suralimentation lorsque la quantité de l'énergie développée par les gaz d'échappement s'amenuise par rapport au régime de pleine charge, c'est-à-dire dans la plage de charges partielles et de vitesses angulaires partielles du moteur à combustion interne. Dans ce cas, lorsque l'énergie développée par les gaz d'échappement est faible, seul fonctionne un groupe de turbocompresseur(s) è gaz d'échappement auquel, lorsque la puissance du moteur à combustion interne croît, viennent progressivement s'ajouter en parallèle un ou plusieurs grou- pes de turbocompresseurs à gaz d'échappement, jusqu'à ce que pour finir, en régime de pleine charge, tous les groupes présents soient en fonction. Un moteur à combustion interne à pistons du genre précité est connu d'après la demande de brevet DE-A-3 411 408. Lors d'un processus d'enclenchement, chaque turbocompresseur du groupe de turbocompresseur(s) enclenché doit atteindre son état. de fonctionnement correspondant aux circonstances présidant à cet enclenchement. Dans ce cas, des compresseurs basse pression et haute pression, présentant chacun un gradient de pression déterminé, prennent part au développe- ment de la pression de l'air de suralimentation d'un groupe de turbocompresseur(s) à gaz d'échappement. Pour des raisons thermodynamiques, le turbocompres- seur haute pression d'un groupe de turbocompresseur(s) à gaz d'échappement accuse des cotes plus modestes et, de ce fait également, un moment d'inertie plus faible que celui du tur- bocompresseur basse pression associé. Par suite de ce moment d'inertie plus faible, il se produit dans les pièces mobiles du turbocompresseur haute pression lors de l'enclenchement d'un groupe de turbocompres- seur(s), une accélération rotatoire plus grande que dans le turbocompresseur basse pression. Il en résulte, pendant la phase initiale succédant à l'enclenchement d'un groupe, un défaut de synchronisme des états de fonctionnement des compresseurs respectifs basse pression et haute pression. Cela se traduit par le fait que, par suite de l'accélération rotatoire plus lente dans le turbocompresseur basse pression, le compresseur de ce dernier ne délivre pas encore l'accrois- sement de pression dont le compresseur haute pression a besoin pour l'instant de fonctionnement qui correspond à la vitesse angulaire déjà atteinte. Par conséquent, dans un premier temps, le compresseur haute pression peut conver- tir, en travail de déplacement, seulement une partie de la puissance d'entraînement fournie par la turbine haute pres- sion. La puissance excédentaire de la turbine haute pression qui est par conséquent présente lors de cette phase, a pour effet que, au cours de l'enclenchement du groupe de turboeom- presseur(s) correspondant, les pièces mobiles du turbocom- presseur haute pression atteignent en un bref instant une vitesse angulaire excessive inadmissible. L'invention a par conséquent pour objet de limiter à une valeur admissible la vitesse angulaire du compresseur haute pression en phase d'accélération, après que l'enclen- chement du groupe de turbocompresseur(s) considéré a été amorcé, Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'un conduit de dérivation, intercalé entre le conduit d'aspiration et le conduit de pression du com- presseur haute pression d'un groupe de turbocompresseur(s) à gaz d'échappement pouvant être déclenché et enclenché, présente un dispositif d'isolement commandable. Selon un perfectionnement de l'invention, le dispo- sitif d'isolement commandable peut être relié, par l'inter- médiaire d'un conduit de commande, à une sonde détec- tant l'état d'enclenchement du dispositif d'isolement de l'air de suralimentation. L'avantage conféré par l'invention consiste notam- ment en ce que l'ampleur de la vitesse angulaire exces- sive atteinte lors de l'enclenchement par le turbocompres- seur haute pression est limitée à une valeur qui ne soumet les pièces mobiles à aucun effort nuisible à leur bon fonc- tionnement. D'après la demande précitée de brevet DE-A-3 411 408, il est connu d'implanter un conduit de dérivation dans un groupe de turbocompresseur(s) commutable. Ce conduit de dérivation raccorde alors le conduit de pression du compresseur haute pression au conduit d'aspiration du compresseur basse pres- sion. Cependant, cet agencement n'exerce aucune influence réduisant la vitesse angulaire lors de l'accélération du turbocompresseur haute pression. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard de la figure unique du dessin annexé. Le dessin représente deux groupes 11 et 12 de tur- bocompresseurs à gaz d'échappement à deux étages, associés à un moteur à combustion interne à pistons. Le groupe 11, enclenché en permanence, se compose d'un turbocompresseur 13 haute pression comprenant une turbine haute pression 14 et un compresseur haute pression 15, ainsi que d'un turbo- compresseur 16 basse pression comprenant une turbine basse pression 17 et un compresseur basse pression 18. Le groupe 12, pouvant être déclenché, se compose d'un turbocompres- seur 19 haute pression comprenant une turbine haute pression et un compresseur haute pression 21, ainsi que d'un tur- bocompresseur 22 basse pression comprenant une turbine basse pression 23 et un compresseur basse pression 24. Les groupes 11 et 12 sont alimentés en gaz d'échappement par un conduit 25 collecteur des gaz d'échappement, par l'intermédiaire de conduits 26 et 27. Ils délivrent leur air de suralimenta- tion au moteur à combustion interne non représenté, par l'intermédiaire de refroidisseurs 28 d'air de suralimenta- tion, de conduits 29, 30, 38 et 39, ainsi que d'un conduit 31 collecteur d'air de suralimentation. Sous faible charge, le groupe 12 de turbocompres- seurs à gaz d'échappement est séparé du conduit 25 collec- teur des gaz d'échappement par un dispositif 33 d'isolement des gaz d'échappement commandé, par l'intermédiaire d'un circuit ouconduit de commande-32,par la pression de l'air de sur- alimentation régnant dans le conduit 31 collectant cet air. Un dispositif 34 d'isolement de l'air de suralimentation, situé dans un conduit d'aspiration 37, empêche alors l'air de suralimentation de sortir du conduit collecteur 31 par l'intermédiaire du groupe 12. Du côté pression du compresseur haute pression 21, un conduit de dérivation 36, piloté par l'intermédiaire d'un dispositif d'isolement 35, bifurque du conduit 39 ou du con- duit 30 parcourus par l'air de suralimentation et débouche, du côté aspiration dudit compresseur haute pression 21, dans le conduit 38 charriant de l'air de suralimentation. Lorsque, la puissance du moteur à combustion interne allant en augmentant, la limite supérieure de puissance du groupe 11 enclenché en permanence est atteinte, le disposi- tif 33 d'isolement des gaz d'échappement est ouvert par l'inter- médiairedu circuit ou conduit de commande 32, en étant commandé par la pression de l'air de suralimentation régnant dans le conduit collecteur 31. De la sorte, le groupe 12 enclenché jusque-là est alimenté en des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Les pièces mobiles du turbocompresseur 19 haute pression subissent alors une accélération plus rapide que les pièces mobiles du turbocompresseur 22 basse pression. Cette différence résulte des cotes plus modestes (pour des considérations thermodynamiques) et du moment d'inertie con- séquemment plus faible du turbocompresseur 19 haute pression par rapport au turbocompresseur 22 basse pression. Simultanément à l'ouverture du dispositif d'isole- ment 33, le dispositif d'isolement commandable 35 logé dans le conduit de dérivation 36,est également ouvert. Par l'in- termédiaire du conduit de dérivation 36, le volume d'air aspiré par le compresseur haute pression 21 hors du conduit 38 situé côté entrée, pendant la durée de l'accélération des pièces mobiles, peut au moins en partie refluer vers le côté entrée. Il se forme ainsi par l'intermédiaire du conduit de dérivation 36 un flux d'écoulement correctement réglé, sur le compresseur haute pression 21, indépendam- ment de l'état de fonctionnement du compresseur basse pres- sion 24. La puissance excédentaire, disponible durant cette phase du fonctionnement pour l'accélération des pièces mobiles du turbocompresseur 19 haute pression, est réduite de la valeur de la puissance de refoulement absorbée par le com- presseur haute pression 21. La vitesse angulaire maximale qui s'instaure par conséquent sur le turbocompresseur 19 haute pression lors de l'accélération est, lorsque le conduit de dérivation 36 est ouvert, nettement plus faible que ce qu'elle serait si ce conduit 36 était fermé. Cela exclut des contraintes nuisant au bon fonctionnement des pièces mobiles du turbocompresseur 19 haute pression du groupe 12 de turbocompresseurs enclenché. Dès que le turbocompresseur 22 basse pression a atteint la vitesse angulaire à laquelle le compresseur basse pression 24 fournit le taux de compression nécessaire au compresseur haute pression 21, le conduit de dérivation 36 est isolé par fermeture du dispositif d'isolement 35. L'ins- tant correspondant est atteint lorsque le dispositif 34 d'isolement de l'air de suralimentation s'ouvre. La fermeture du dispositif d'isolement 35 est déclenchée par l'intermé- diaire d'un dispositif de commutation 41 qui est incorporé dans un circuit ou conduit de commande 40-et qui est influencé, par l'intermédiaire d'un circuit ou conduit de commande 43, par une sonde 42 enregistrant l'état d'enclenchement du dispositif 34 d'isolement de l'air de suralimentation. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au moteur décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à pistons, équipé d'un système de suralimentation en deux étages assurée par l'intermédiaire de plusieurs groupes de turbocompresseurs à gaz d'échappement qui se composent à chaque fois d'un tur- bocompresseur à gaz d'échappement haute pression et d'un turbocompresseur à gaz d'échappement basse pression, l'un ou plusieurs de ces groupes de turbocompresseurs étant réa- lisés avec faculté de déclenchement et d'enclenchement, moteur dans lequel un dispositif d'isolement respectif est situé dans le conduit des gaz d'échappement du turbocompres- seur haute pression et dans le conduit d'aspiration du tur- bocompresseur basse pression, les sections de passage de ces deux dispositifs d'isolement étant commandées sous charge partielle du moteur à combustion interne, en vue de l'enclen- chement ou du déclenchement d'un groupe de turbocompresseurs, moteur caractérisé par le fait qu'un conduit de dérivation (36), intercalé entre le conduit d'aspiration et le conduit de pression du compresseur haute pression (21) d'un groupe (12) de turbocompresseurs à gaz d'échappement pouvant être déclenché et enclenché, présente un dispositif d'isolement commandable (35). 2. Moteur à combustion interne selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'isole- ment commandable (35) est relié, par l'intermédiaire d'un cireuiti.u conduit de commande-(43),- une'sonde (42) détectsnt ou enregistrant l'état d'enclenchement du dispositif (34) d'isolement de l'air de suralimentation.