Brevet FR2805851A1 — publié le 20010907

" Moteur suralimenté dont le turbocompresseur comporte une turbine à entrées multiples " présente invention concerne un moteur suralimenté comprenant des cylindres, un turbocompresseur comportant une turbine à entrées multiples, et des conduits pour transférer dans la turbine les gaz d'échappement provenant des cylindres. turbine à entrées multiples d'un turbocompresseur est conçue pour recevoir les gaz d'échappement du moteur en au moins deux courants distincts. Cette séparation est recherchée pour alimenter la turbine mode pulsé et augmenter de manière importante la puissance de cette dernière à bas régime et/ou à faible charge du moteur. Elle permet d'isoler et de conserver les impulsions issues bouffées d'échappement jusqu'au niveau des aubes du rotor de la turbine et d'étendre sensiblement la plage de bon fonctionnement du turbocompresseur vers les bas régimes du moteur. revanche, lorsque le moteur associé fonctionne à haut régime et/ou à charge élevée, la turbine à entrées multiples devient très souvent moins performante. La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient et, pour ce faire, elle a pour objet un moteur suralimenté ayant la structure indiquée ci-dessus et caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de répartition situés en amont des entrées multiples de la turbine pour séparer les gaz d'échappement en un nombre prédéterminé de courants distincts, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, et en un nombre de courants inférieur d'au moins 1 au nombre prédéterminé, à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Grâce à ses moyens de répartition, le moteur suralimenté selon l'invention peut fonctionner à bas régime comme si le turbocompresseur comportait une turbine à entrées multiples et à haut régime comme si le turbocompresseur comportait une turbine à simple entrée. A bas régime, les courants de gaz d'échappement sont émis par impulsions successives et dirigés sélectivement dans les entrées multiples de la turbine, ce qui permet d'augmenter la puissance récupérée par cette dernière vers les bas débits de sa plage de fonctionnement. Par ailleurs, à haut régime, les courants de gaz d'échappement, qui sont toujours émis par bouffées successives, peuvent pénétrer dans la turbine en se répartissant dans plusieurs entrées. Malgré l'augmentation du débit moyen et de la fréquence des bouffées de gaz d'échappement, l'alimentation de la turbine demeure irrégulière. Par suite de la répartition des gaz, chacune bouffées dispose de l'intégralité de la section de la turbine, qui permet à cette dernière de conserver une adaptation satisfaisante à haut régime et/ou à charge élevée du moteur (sans générer trop de contre-pression à l'échappement). En outre répartition provoque une atténuation du caractère pulsatoire l'alimentation de la turbine, ce qui est plus favorable à fonctionnement vers le haut de sa plage de débit (haut régime du moteur). De preférence, la turbine comprend deux entrées. Dans cas, les gaz d'échappement pénètrent dans la turbine soit en formant deux courants distincts à bas régime et/ou à faible charge du moteur, soit en formant un seul courant se répartissant dans les deux entrées à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Selon mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de répartition relient un conduit particulier à l'une des entrées et les autres conduits à l'autre entrée, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, et obturent le conduit particulier et relient les autres conduits aux deux entrées, à haut régime et/ou charge élevée du moteur, le cylindre relié au conduit particulier comportant deux soupapes d'échappement. Selon ce mode de réalisation, les moyens de répartition sont préférence constitués par un volet pivotant déplaçable entre une première position dans laquelle il relie le conduit particulier à l'une des entrées et une deuxième position dans laquelle il obture le conduit particulier. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de répartition font communiquer soit au moins un conduit particulier avec l'une des entrées et les autres conduits avec l'autre entrée, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, soit tous les conduits avec les deux entrées à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Ces moyens peuvent être constitués par une plaque coulissante déplaçable entre une position avancée dans laquelle elle relie certains conduits à l'une des deux entrées de la turbine les autres conduits à l'autre entrée, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, et une position rétractée dans laquelle elle permet à tous les conduits de communiquer en même temps avec deux entrées, à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Les moyens de répartition peuvent également être constitués par une plaque pivotante déplaçable entre une position avancée dans laquelle elle relie certains conduits à l'une des deux entrées de la turbine et les autres conduits à l'autre entrée, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, et une position rétractée dans laquelle elle permet à tous les conduits de communiquer en même temps avec les deux entrées, à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Deux modes d'exécution de la présente invention seront décrits ci-après à titres d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma montrant un moteur suralimenté dont le turbocompresseur comporte une turbine à deux entrées et qui fonctionne à bas régime, un conduit particulier des gaz d'échappement étant relié à l'une des entrées de la turbine tandis que autres conduits sont reliés à l'autre entrée ; - la figure 2 est un schéma montrant le moteur représente sur la figure 1 alors qu'il fonctionne à haut régime, le conduit particulier étant obturé tandis que les gaz d'échappement sortant des autres conduits forment un courant unique se répartissant dans les deux entrées de la turbine ; - la figure 3 est un schéma montrant un moteur suralimenté dont le turbocompresseur comporte également une turbine à deux entrées et qui fonctionne à bas régime, deux conduits de transfert gaz d'échappement étant reliés à l'une des entrées de la turbine tandis que les autres conduits sont reliés à l'autre entrée ; - la figure 4 est un schéma montrant le moteur représenté sur la figure 3 alors qu'il fonctionne à haut régime, les gaz d'échappement sortant des différents conduits formant un courant unique se répartissant dans les deux entrées de la turbine ; - la figure 5 est une en coupe schématique selon la ligne V-V de la figure 4, dans laquelle les moyens de répartition sont constitués par une plaque coulissante représentée en position rétractée ; et - la figure 6 est une en coupe schématique analogue à celle de la figure 5, mais dans laquelle les moyens de répartition sont constitués par une plaque pivotante représentée dans une position intermédiaire d'ouverture. Le moteur représenté les figures 1 et 2 est un moteur suralimenté comprenant trois cylindres la, lb, 1c comportant chacun deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement. I1 comprend également un turbocompresseur 2 comportant un compresseur 3 solidaire en rotation d'une turbine 4 à deux entrées 4a et 4b. Le compresseur 3 relié à un filtre à air 5 par l'intermédiaire d'une tubulure 6 et à un répartiteur d'air 7 par l'intermédiaire d'une tubulure 8, le répartiteur d'air étant lui-même relié à chacune soupapes d'admission par un ensemble de deux conduits 9a, 9b. On notera ici que les entrées 4a et 4b de la turbine 4 sont situées devant une cavité 11 dans laquelle débouchent quatre conduits 12, 13, 14,15 reliés soupapes d'échappement du moteur. Plus précisément, le conduit 12 est relié aux deux soupapes d'échappement du cylindre tandis que les conduits 13 et 14 sont respectivement reliés aux deux soupapes d'échappement du cylindre lb et que le conduit 15 est relié deux soupapes du cylindre 1c. On notera par ailleurs la sortie de la turbine 4 est reliée à une tubulure 16 pourvue d'un pot catalytique 17 et d'un silencieux 18. La cavité 11 comporte un volet 19 déplaçable entre une première position représentée sur la figure 1 dans laquelle il relie le conduit 14 à l'entrée 4b de la turbine et les conduits 12, 13 et 15 à l'entrée 4a de la turbine, et une deuxième position représentée sur la figure 2 dans laquelle il obture le conduit 14 et permet aux conduits 12, 13 et 15 de communiquer avec les entrées 4a et 4b de la turbine. Le volet 19 est placé dans sa première position à bas régime ou à faible charge du moteur, ce qui permet d'alimenter la turbine selon un mode fortement pulsé. En revanche, il est placé dans sa deuxième position à haut régime et/ou à forte charge du moteur, ce qui permet aux gaz d'échappement de se regrouper dans la cavité 11 avant de se répartir dans les deux entrées 4a, 4b de la turbine. A haut régime et/ou à charge élevée du moteur, la turbine 4 a encore un fonctionnement satisfaisant car elle se comporte comme si elle était à simple entrée. Le moteur représenté sur les figures 3 et 4 est un moteur suralimenté comportant quatre cylindres 21a, 21b, 21c, 21d comportant chacun deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement. Il comprend également un turbocompresseur 22 comportant un compresseur 23 solidaire en rotation d'une turbine 24 à deux entrées 24a et 24b. Le compresseur 23 est relié à un filtre à air 25 par l'intermédiaire d'une tubulure 26 et a un répartiteur d'air 27 par l'intermédiaire d'une tubulure 28, le répartiteur d'air étant lui-même relié à chacune des soupapes d'admission par un ensemble de deux conduits 29a, 29b. Les entrées 24a et 24b de la turbine 24 sont situées devant une cavité 3 dans laquelle débouchent quatre conduits 32, 33, 34 35 reliés respectivement aux deux soupapes d'échappement des cylindres 21a, 21b 21c et 21d. Par ailleurs, la sortie de la turbine 24 est reliée une tubulure 36 à un pot catalytique 37 et à un silencieux 38. La cavité 31 comporte une plaque coulissante 39 déplaçable entre position avancée visible sur la figure 3 et dans laquelle elle relie les conduits 32 et 33 à l'entrée 24a de la turbine les conduits 34 et 35 à l'entrée 24b de cette dernière, et une position rétractée visible sur les figures 4 et 5 dans laquelle elle permet aux conduits 32, 33, 34 et 35 de communiquer avec les deux entrées de la turbine. La plaque coulissante 39 est dans sa position avancée à bas régime ou à faible charge du moteur. Dans cette position, elle oblige les gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement des cylindres 21a et 21b à pénétrer dans l'entrée 24a de la turbine et les gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement des cylindres 21c et 21d à pénétrer dans l'entrée 24b. La turbine est ainsi alimentée de manière fortement pulsée, ce qui permet d'augmenter sa puissance à bas régime et/ou à faible charge du moteur. En revanche, la plaque coulissante 39 est dans sa position rétractée à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Dans cette position, elle permet aux gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement des quatre cylindres de se regrouper dans la cavité 31 avant de se répartir dans les deux entrées 24a et 24b de la turbine. Ainsi, à haut régime et/ou à charge élevée du moteur, la turbine 24 possède encore un fonctionnement satisfaisant car elle se comporte comme si elle n'avait qu'une seule entrée. notera ici qu'une plaque pivotante 40 déplaçable entre une position avancée et une position rétractée pourrait remplacer la plaque coulissante 39 et exercer la même fonction que cette dernière. La plaque pivotante 40 est représentée sur la figure 6 dans une position intermédiaire entre ses positions avancée et rétractée. Dans sa position avancée, elle oblige les gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement des cylindres 21a et 21b à pénétrer dans l'entrée 24a de la turbine et les gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement des cylindres et 21d à pénétrer dans l'entrée 24b. En revanche, dans sa position rétractée, elle permet aux gaz d'échappement provenant des soupapes d'échappement quatre cylindres de se regrouper dans la cavité 31 avant de répartir dans les deux entrées 24a et 24b de la turbine. On notera que dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, les moyens de répartition pourraient prendre positions intermédiaires entre leurs positions extrêmes selon le point de fonctionnement des moteurs. Pour être complets, on précisera encore que les moyens de répartition peuvent être pilotés automatiquement suivant la stratégie de fonctionnement du moteur. Enfin, on notera les calculs effectués sur plusieurs configurations différentes ont montré que la présente invention autorise des groupements cylindres beaucoup plus avantageux à bas régime et/ou à faible charge que ceux couramment utilisés. Ces groupements, sans faire appel à la présente invention, dégraderaient en effet beaucoup trop fonctionnement de la turbine à haut régime. REVENDICATIONS 1. Moteur suralimenté comprenant des cylindres lb,lc;21a,21b 21c, 21d), un turbocompresseur (2;22) comportant turbine (4;24) à entrées multiples (4a,4b;24a,24b), et des conduits (12,13,14,15;32,33,34,35) pour transférer dans la turbine les gaz d'échappement provenant des cylindres, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de répartition (19;39;40) situés en amont des entrées multiples (4a,4b;24a,24b) de la turbine (4;24) pour séparer les gaz d'échappement en un nombre prédéterminé de courants distincts, à bas régime et/ou à faible charge du moteur, et en un nombre de courants inférieur d'au moins 1 au nombre prédéterminé, à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. 2. Moteur suralimenté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (4;24) comprend deux entrées (4a,4b;24a,24b). 3. Moteur suralimenté selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de répartition (19) relient un conduit particulier (14) à l'une (4b) des entrées et les autres conduits (12,13,15) l'autre entrée (4a), à bas régime et/ou à faible charge du moteur et obturent le conduit particulier (14) et relient les autres conduits (12,13,15) aux deux entrées (4a,4b), à haut régime et/ou a charge élevée du moteur, le cylindre (lb) relié au conduit particulier comportant deux soupapes d'échappement. 4. Moteur suralimenté selon la revendication 3, caractérisé en ce les moyens de répartition (19) sont constitués par un volet pivotant déplaçable entre une première position dans laquelle relie le conduit particulier (14) à l'une (4b) des entrées et deuxième position dans laquelle il obture le conduit particulier. 5. Moteur suralimenté selon la revendication 2, caractérisé en ce les moyens de répartition (39) font communiquer soit au moins conduit particulier (32,33) avec l'une (24a) des entrées et les autres conduits (34,35) avec l'autre entrée (24b), à bas régime et/ou à faible charge du moteur, soit tous les conduits ,34,35) avec les deux entrées (24a,24b), à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. 6. Moteur suralimenté selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de répartition (39) sont constitués par une plaque coulissante déplaçable entre une position avancée dans laquelle elle relie certains conduits à l'une des deux entrées (24a,24b) de la turbine et les autres conduits à l'autre entrée, à bas régime et/ou faible charge du moteur, et une position rétractée dans laquelle elle permet à tous les conduits (32,33,34,35) de communiquer en même temps avec les deux entrées (24a,24b), à haut régime et/ou à charge elevée du moteur. 7. Moteur suralimenté selon la revendication 5, caracterisé en ce que les moyens de répartition (40) sont constitués par plaque pivotante déplaçable entre une position avancée dans laquelle elle relie certains conduits à l'une des deux entrées (24a,24b) de la turbine et les autres conduits à l'autre entrée, à bas régime et/ou faible charge du moteur, et une position rétractée dans laquelle elle permet à tous les conduits (32,33,34,35) de communiquer en même temps avec les deux entrées (24a,24b), à haut régime et/ou à charge elevée du moteur.