Brevet FR2856112A1 — publié le 20041217

La présente invention concerne un moteur suralimenté comprenant plusieurs cylindres, un turbocompresseur comportant une turbine à deux entrées, des conduits pour transférer dans la turbine les gaz d'échappement provenant des cylindres, et des moyens de répartition 5 situés en amont des entrées de la turbine et destinés à regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts à bas régime et/ou à faible charge du moteur et en un seul courant à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Les moyens de répartition des moteurs suralimentés de ce type 10 sont prévus pour introduire de manière contrôlée les gaz d'échappement dans les entrées de la turbine afin d'utiliser l'énergie des bouffées de gaz provenant des cylindres et d'augmenter ainsi la puissance de la turbine à bas régime et/ou à faible charge. A l'heure actuelle, ces moyens permettent d'étendre légèrement 15 la plage de bon fonctionnement du turbocompresseur lorsque le moteur fonctionne à bas régime, ce qui constitue un avantage certain. Pour des questions économiques, en particulier lorsque les moteurs suralimentés sont utilisés sur des véhicules, il est souhaitable que cette plage soit la plus grande possible, à 20 condition toutefois que l'allongement de celle-ci n'influe pas néfastement sur le fonctionnement du turbocompresseur à haut régime. La présente invention se propose précisément d'apporter une solution à ce problème et, pour ce faire, elle a pour objet un moteur suralimenté du type précité, qui est caractérisé en ce que 25 les conduits sont regroupés de manière à constituer deux collecteurs indépendants aboutissant chacun à une entrée de la turbine, en ce que l'un au moins des deux collecteurs comprend au moins deux conduits reliés à des cylindres intervenant successivement au sein du cycle de fonctionnement du moteur, et en ce que les moyens de 30 répartition sont disposés entre la turbine et les deux collecteurs et sont déplaçables entre une première position dans laquelle ils permettent à chaque collecteur de ne communiquer qu'avec l'entrée correspondante de la turbine lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge et une deuxième position dans laquelle 35 ils permettent à chacun des deux collecteurs de communiquer avec les deux entrées de la turbine lorsque le moteur fonctionne à haut régime et/ou à charge élevée. Lorsque le moteur selon l'invention fonctionne à bas régime et/ou à faible charge, au moins deux bouffées de gaz provenant de cylindres consécutifs au sein du cycle de fonctionnement sont donc dirigées dans l'une au moins des entrées de la turbine. Comme ces bouffées se suivent de très près, la pression des gaz dans l'entrée qui les reçoit n'a pas le temps matériel de chuter de façon notable entre leurs introductions respectives dans cette entrée. Par suite, la pression de la seconde bouffée vient s'ajouter à 10 la pression de la première bouffée qui règne encore dans l'entrée en cause et atteint ainsi une valeur notablement plus grande. L'amplitude des bouffées de gaz est donc augmentée dans au moins une entrée de la turbine, ce qui est favorable au bon fonctionnement de celleci à bas débit. Par ailleurs, comme au moins deux bouffées de gaz successives se superposent au moins partiellement à bas régime dans l'une des entrées de la turbine, elles se comportent en réalité comme une bouffée unique. Ainsi, dans le moteur selon l'invention, la fréquence des 20 pulsations de gaz parvenant dans chacune des entrées de la turbine peut se trouver réduite de 50 % par rapport à celle qui règne dans chacune des entrées de la turbine d'un moteur de l'art antérieur. Des études effectuées jusqu'ici ont montré que pour des faibles débits d'un moteur suralimenté, une baisse de fréquence de pulsation 25 peut augmenter de manière sensible le rendement apparent et la puissance de celle-ci. Elles ont également montré qu'à bas régime du moteur, la puissance de la turbine alimentée en mode pulsé augmente avec le rapport entre l'amplitude des pulsations et la différence de 30 pression moyenne entre les entrées et la sortie de la turbine, qui peut être appelé "facteur de forme". La présente invention, en diminuant la fréquence des bouffées de gaz et en augmentant le facteur de forme à bas régime, permet donc d'augmenter de façon significative la puissance de la turbine 35 lors d'un fonctionnement à bas régime. Lorsque le moteur suralimenté selon l'invention comprend trois cylindres en ligne, l'un des collecteurs comprend un conduit relié à l'un des cylindres tandis que l'autre collecteur comprend deux conduits reliés aux deux autres cylindres. Lorsque le moteur selon l'invention comprend quatre cylindres en ligne ou à plat, chaque collecteur peut comprendre deux conduits 5 reliés chacun à deux cylindres intervenant successivement au sein du cycle de fonctionnement du moteur. Selon une variante de réalisation de ce moteur à quatre cylindres, l'un des collecteurs peut comprendre un conduit relié à l'un des cylindres tandis que l'autre collecteur peut comprendre 10 trois conduits reliés aux trois autres cylindres. En ce qui concerne les moyens de répartition, ils peuvent être constitués par un volet coulissant ou par un volet pivotant, chacun des volets étant destiné à être placé dans la première position pour regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts et dans 15 la deuxième position pour regrouper les gaz d'échappement en un seul courant. Plusieurs modes d'exécution de la présente invention seront décrits ciaprès à titre d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un moteur suralimenté comprenant trois cylindres en ligne et dont le turbocompresseur comporte une turbine à deux entrées. - la figure 2 représente schématiquement et de façon partielle une variante de réalisation du moteur visible sur la figure 1, les 25 conduits des gaz d'échappement de cette variante de réalisation étant regroupés d'une manière différente; - la figure 3 représente schématiquement et de façon partielle un moteur suralimenté comprenant quatre cylindres en ligne et dont le turbocompresseur comporte également une turbine à deux entrées; - la figure 4 représente schématiquement et de façon partielle une variante de réalisation du moteur visible sur la figure 3, les conduits des gaz d'échappement étant regroupés d'une manière différente; - la figure 5 est une vue schématique et partiellement en coupe 35 représentant les moyens de répartition lorsqu'ils sont constitués par un volet coulissant; - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 mais représentant les moyens de répartition lorsqu'ils sont constitués par un volet pivotant; - la figure 7 est un graphique montrant la variation de la 5 pression des gaz d'échappement dans l'une des entrées de la turbine d'un moteur selon l'invention comportant quatre cylindres en ligne, en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin; et - la figure 8 est un schéma représentant six configurations de cylindres susceptibles d'être utilisées dans les moteurs 10 suralimentés conformes à l'invention. Le moteur représenté sur la figure 1 comprend trois cylindres 1, 2, 3 comportant chacun deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement, un turbocompresseur 10 comportant un compresseur 11 solidaire en rotation d'une turbine 12 à deux entrées 13 et 14, des 15 conduits la, 2a, 3a destinés à transférer dans la turbine 12 les gaz d'échappement provenant respectivement des cylindres 1, 2, 3, et des moyens de répartition 15 situés en amont des entrées 13, 14 de la turbine afin de regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts à bas régime et/ou à faible charge du moteur et en un seul 20 courant à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Le compresseur 11 est relié à un filtre à air 16 par l'intermédiaire d'une tubulure 17 et à un répartiteur d'air 18 par l'intermédiaire d'une tubulure 19, le répartiteur d'air 18 étant lui-même relié à chacune des soupapes d'admission d'un même cylindre 25 par deux conduits. Par ailleurs, la sortie de la turbine 12 est reliée à une tubulure 20 pourvue d'un pot catalytique 21 et d'un silencieux 22. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le conduit la débouche dans une cavité 23 située devant les entrées 13, 30 14 de la turbine 12, tandis que les conduits 2a et 3a sont regroupés sous la forme d'un collecteur C2,3 débouchant également dans la cavité 23. Les moyens de répartition 15 sont disposés dans la partie de la cavité 23 située d'une part entre les entrées 13 et 14 de la turbine 35 et d'autre part entre le conduit la et le collecteur C2,3. Ils sont déplaçables entre une première position dans laquelle ils relient le conduit la à l'entrée 13 et le collecteur C2,3 à l'entrée 14 lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge, et une deuxième position dans laquelle ils permettent au conduit la et au collector C2,3 de communiquer individuellement avec les deux entrées de la turbine lorsque le moteur fonctionne à haut régime et/ou à charge élevée. Comme les cylindres 2, 3 interviennent l'un après l'autre au sein du cycle de fonctionnement du moteur, le collecteur C2,3 dirige vers l'entrée 14 de la turbine deux bouffées de gaz successives à chaque cycle, lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à 10 faible charge. Sur la figure 1, les moyens de répartition 15 sont représentés dans une position intermédiaire, mais en réalité, ils sont immobilisés soit dans leur première position, soit dans leur deuxième position. Le moteur à trois cylindres représenté sur la figure 2 ne diffère du moteur décrit en référence à la figure 1 que par le regroupement particulier de ses conduits la, 2a, 3a. En effet, le conduit 2a débouche dans la partie de la cavité 23 située devant l'entrée 13 de la turbine 12 tandis que les conduits 20 la, 3a sont regroupés sous la forme d'un collecteur C1,3 débouchant dans la partie de la cavité 23 située devant l'entrée 14 de la turbine. Lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge, les moyens de répartition 15 sont dans leur première 25 position et relient donc le conduit 2a à l'entrée 13 et le collecteur C1,3 à l'entrée 14. Comme les cylindres 1, 3 interviennent l'un après l'autre au sein du cycle de fonctionnement du moteur, le collecteur C1,3 dirige vers l'entrée 14 deux bouffées de gaz successives à chaque cycle, 30 lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge. Le moteur représenté sur la figure 3 comprend quatre cylindres en ligne 1, 2, 3, 4 comportant chacun deux soupapes d'admission et deux soupapes d'échappement, un turbocompresseur 10 comportant un compresseur 11 solidaire en rotation d'une turbine 12 à deux entrées 35 13 et 14, des conduits la, 2a, 3a, 4a destinés à transférer dans la turbine 12 les gaz d'échappement provenant respectivement des cylindres 1, 2, 3, 4, et des moyens de répartition 15 situés en amont des entrées 13, 14 de la turbine afin de regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts à bas régime et/ou à faible charge du moteur et en un seul courant à haut régime et/ou à charge élevée du moteur. Le compresseur 11 est relié à un filtre à air non représenté par une tubulure 17 et à un répartiteur d'air 18 par une tubulure 19. La turbine 12 est quant à elle reliée au niveau de sa sortie à une tubulure 20 comportant un pot catalytique et un silencieux non 10 représentés. La structure générale du moteur représenté sur la figure 3 est donc très proche de celle du moteur décrit en référence aux figures 1 et 2. La présence d'un quatrième cylindre a toutefois entraîné un 15 regroupement particulier des conduits de gaz. En effet, les conduits la, 3a sont regroupés sous la forme d'un collecteur C1,3 débouchant dans la cavité 23, devant l'entrée 13 de la turbine, tandis que les conduits 2a, 4a sont regroupés sous la forme d'un collecteur C2,4 débouchant dans la cavité 23, devant l'entrée 14 de la turbine. Les moyens de répartition 15 sont disposés dans la partie de la cavité 23 située d'une part entre les entrées 13 et 14 et d'autre part entre les collecteurs C1,3 et C2,4. Ils sont déplaçables entre une première position dans laquelle ils relient le collecteur C1,3 à l'entrée 13 et le collecteur C2,4 à 25 l'entrée 14 lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge, et une deuxième position dans laquelle ils permettent aux collecteurs C1,3 et C2,4 de communiquer individuellement avec les deux entrées de la turbine lorsque le moteur fonctionne à haut régime et/ou à charge élevée. Comme les cylindres qui interviennent l'un après l'autre au sein du cycle de fonctionnement du moteur sont les cylindres 1, 3, 4, 2, les collecteurs C1,3 et C2,4 dirigent deux bouffées de gaz successives à chaque cycle, respectivement vers les entrées 13 et 14, lorsque les moyens de répartition 15 sont dans leur première 35 position, c'est-à- dire lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge. Le moteur à quatre cylindres représenté sur la figure 4 ne diffère du moteur décrit en référence à la figure 3 que par le regroupement particulier des conduits la, 2a, 3a, 4a. En effet, le conduit la débouche dans la cavité 23, devant 5 l'entrée 13 de la turbine tandis que les conduits 2a, 3a, 4a sont regroupés sous la forme d'un collecteur C2,3,4 débouchant dans la cavité 23, devant l'entrée 14 de la turbine. Lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge, les moyens de répartition 15 sont dans leur première 10 position et relient le conduit la à l'entrée 13 et le collecteur C2,3,4 à l'entrée 14. Comme les cylindres 2, 3, 4 interviennent l'un après l'autre au sein du cycle de fonctionnement du moteur, le collecteur C2,3,4 dirige vers l'entrée 14 trois bouffées de gaz successives à chaque cycle 15 lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge. Dans les moteurs représentés sur les figures 1 à 4, les moyens de répartition 15 peuvent être constitués par un volet coulissant 24 situé dans la cavité 23 et déplaçable entre les première et deuxième positions sous la commande d'un organe moteur conventionnel. Les moyens de répartition 15 peuvent toutefois être constitués par un volet pivotant 26 situé dans la cavité 23 et déplaçable entre les première et deuxième positions sous la commande d'un organe moteur conventionnel non représenté. La figure 7 représente la variation, en fonction de l'angle de 25 rotation du vilebrequin, de la pression des gaz d'échappement dans l'une des entrées de la turbine 12 d'un moteur diesel suralimenté tel que celui représenté sur la figure 3, comportant quatre cylindres en ligne et fonctionnant à bas régime et/ou à faible charge (les moyens de répartition 15 étant dans leur première 30 position). Cette figure illustre des résultats de calculs montrant l'effet de regroupement des bouffées issues des cylindres 1 et 3 (qui sont consécutifs dans le cycle car l'ordre d'injection est 1 - 3 - 4 2). La pression de la bouffée du cylindre 3 vient s'ajouter à la pression de la bouffée du cylindre 1 pour atteindre un niveau maximal plus élevé et ne faire globalement qu'une seule pulsation par cycle dans l'entrée associée de la turbine. La même courbe est obtenue pour les cylindres 4 et 2. Il apparaît ainsi que dans chacune des entrées de la turbine, 5 le facteur de forme augmente tandis que la fréquence des pulsations est divisée par deux lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge. La puissance de la turbine 12 est donc augmentée de façon significative lors d'un fonctionnement à bas régime. La figure 8 représente schématiquement six configurations de cylindres susceptibles d'être utilisées dans des moteurs conformes à l'invention. Outre les moteurs à trois cylindres en ligne (configuration a) et les moteurs à quatre cylindres en ligne (configuration b) qui ont 15 été décrits ci-dessus, la présente invention peut également concerner des moteurs à cinq cylindres en ligne (configuration c), des moteurs à six cylindres en ligne (configuration d), des moteurs à huit cylindres en Vé (configuration e) et des moteurs à quatre cylindres à plat (configuration f). Dans les moteurs correspondants aux configurations a à f, les différents conduits reliant les cylindres aux deux entrées de la turbine peuvent être regroupés comme indiqué dans le tableau ciaprès. Nombre de 3 4 5 6 8 4 cylindres Architecture En ligne En ligne En ligne En ligne En Vé A plat Ordre 1-3-2 1-3-4-2 1-2-4-5-3 1-5-3-6-2-4 1-6-3-5-47-2-8 1-4-3-2 d'injection ou d'allumage Groupements 1;2+3 1+3;2+4 1+2;3+4+ 5 1+2;3+4+5+6 1+3+5+6;2+4+7+8 1+4;2+3 possibles possibles 2;1+3 1+2;3+4 1+ 2+4;3+5 1+3;2+4+5+6 1+3+5;2+4+6+7+8 1;2+3+4 1;2+3+4 REVENDICATIONS 1. Moteur suralimenté comprenant plusieurs cylindres (1, 2, 3; 1, 2, 3, 4), un turbocompresseur (10) comportant une turbine (12) à 5 deux entrées (13, 14), des conduits (la, 2a, 3a; la, 2a, 3a, 4a) pour transférer dans la turbine les gaz d'échappement provenant des cylindres, et des moyens de répartition (15) situés en amont des entrées de la turbine et destinés à regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts à bas régime et/ou à faible charge du 10 moteur et en un seul courant à haut régime et/ou à charge élevée du moteur, caractérisé en ce que les conduits (la, 2a, 3a; la, 2a, 3a, 4a) sont regroupés de manière à constituer deux collecteurs indépendants (la, C2,3; 2a, C1,3; C1,3, C2,4; la, C2,3,4) aboutissant chacun à une entrée de la turbine, en ce que l'un au moins des deux 15 collecteurs comprend au moins deux conduits (2a, 3a; la, 3a; la, 3a; 2a, 4a) reliés à des cylindres intervenant successivement au sein du cycle de fonctionnement du moteur, et en ce que les moyens de répartition (15) sont disposés entre la turbine (12) et les deux collecteurs et sont déplaçables entre une première position dans 20 laquelle ils permettent à chaque collecteur de ne communiquer qu'avec l'entrée correspondante de la turbine lorsque le moteur fonctionne à bas régime et/ou à faible charge et une deuxième position dans laquelle ils permettent à chacun des deux collecteurs de communiquer avec les deux entrées de la turbine lorsque le moteur 25 fonctionne à haut régime et/ou à charge élevée. 2. Moteur suralimenté selon la revendication 1, comprenant trois cylindres en ligne (1, 2, 3), caractérisé en ce que l'un des collecteurs comprend un conduit (la; 2a) relié à l'un des cylindres (1; 2) tandis que l'autre collecteur (C2,3; C1,3) comprend deux 30 conduits (2a, 3a; la, 3a) reliés aux deux autres cylindres (2, 3 1, 3). 3. Moteur suralimenté selon la revendication 1, comprenant quatre cylindres (1, 2, 3, 4) en ligne, caractérisé en ce que chaque collecteur (C1,3; C2,4) comprend deux conduits (la, 3a; 2a, 4a) 35 reliés chacun à deux cylindres (1, 3; 2, 4) intervenant successivement au sein du cycle de fonctionnement du moteur. 4. Moteur suralimenté selon la revendication 1, comprenant quatre cylindres (1, 2, 3, 4) en ligne ou à plat, caractérisé en ce que l'un des collecteurs comprend un conduit (la) relié à l'un des cylindres (1) tandis que l'autre collecteur (C2,3,4) comprend trois conduits (2a, 3a, 4a) reliés aux trois autres cylindres (2, 3, 4). 5. Moteur suralimenté selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de répartition (15) sont constitués par un volet coulissant (24) destiné à être placé dans la première position pour regrouper les gaz d'échappement en deux 10 courants distincts et dans la deuxième position pour regrouper les gaz d'échappement en un seul courant. 6. Moteur suralimenté selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de répartition (15) sont constitués par un volet pivotant (26) destiné à être placé dans la 15 première position pour regrouper les gaz d'échappement en deux courants distincts et dans la deuxième position pour regrouper les gaz d'échappement en un seul courant.