Brevet FR2945577A1 — publié le 20101119

BOITIER DE DERIVATION ET SYSTEME DE SURALIMENTATION COMPORTANT UN TEL BOITIER [0001 L'invention concerne la suralimentation des moteurs à combustion interne, et en particulier les systèmes de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs disposés en série. [0002] La suralimentation par turbocompresseur est une solution pour réduire la 10 consommation d'un moteur à combustion interne, autant pour un moteur à essence que pour un moteur diesel. A puissance équivalente, un moteur turbocompressé présente une cylindrée inférieure et donc une consommation de carburant inférieure. [0003] On connaît de nombreux agencements pour la suralimentation d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un turbocompresseur. Une turbine de détente du 15 turbocompresseur est entraînée par des gaz d'échappement du moteur. La turbine de détente est accouplée à un arbre de transmission entraînant une turbine de compression. La turbine de compression comprime de l'air à destination de l'admission du moteur. [0004] Cependant, un turbocompresseur a une plage de fonctionnement plus 20 restreinte que celle du moteur. Ainsi, l'utilisation d'un seul turbocompresseur limite la plage de fonctionnement optimale du moteur. Par exemple, si l'on souhaite concevoir un moteur de forte puissance, un fort débit d'air d'admission est nécessaire et un turbocompresseur à fort débit est par conséquent utilisé. L'inconvénient de ce choix est que l'amorçage du turbocompresseur ne peut se faire qu'à un régime élevé et 25 qu'il en résulte un déficit de couple à bas régime préjudiciable à l'agrément de conduite. [0005 Il est alors possible d'envisager la suralimentation par plusieurs turbocompresseurs utilisés selon plusieurs modes de suralimentation. Le brevet DE102006004725 décrit notamment un système de suralimentation comprenant deux 30 turbocompresseurs disposés en série. Une turbine de détente d'un turbocompresseur est sélectivement court-circuitée par l'ouverture sélective d'une vanne. A bas régime moteur, la vanne est ouverte de sorte que les gaz d'échappement traversent le5 conduit de dérivation et contournent un turbocompresseur basse pression. A haut régime moteur, la vanne est fermée de sorte que les gaz d'échappement traversent séquentiellement la turbine de détente du turbocompresseur basse pression et la turbine de détente d'un turbocompresseur haute pression. [0006] Le système de suralimentation est accolé à un moteur à six cylindres en ligne. Un premier collecteur d'échappement récupère les gaz d'échappement d'un premier groupe de trois cylindres, un second collecteur d'échappement récupérant les gaz d'échappement d'un deuxième groupe de trois cylindres. Les collecteurs sont raccordés à des entrées respectives opposées d'un boîtier de dérivation. Le boîtier de dérivation comprend une tubulure raccordant les collecteurs à l'entrée d'un turbocompresseur basse pression. La sortie du turbocompresseur basse pression est raccordée à l'entrée d'un turbocompresseur haute pression. Le boîtier de dérivation comprend également deux tubulures de dérivation conduisant chacune isolément le flux d'un groupe de cylindres jusqu'à une sortie. Cette sortie est raccordée à une entrée auxiliaire du turbocompresseur haute pression. Une vanne est disposée dans l'entrée auxiliaire. Son ouverture permet sélectivement de court-circuiter le flux de gaz d'échappement vers l'entrée du deuxième turbocompresseur. [0007] L'utilisation de tubulures de dérivation isolées génère des pertes de charge entre les deux collecteurs d'échappement. Ainsi, on limite des interférences néfastes de la pression de gaz d'échappement d'un cylindre sur l'échappement d'un autre cylindre lorsque leurs phases d'échappement se chevauchent. [0008] Un tel système présente cependant également des inconvénients. Ce système présente une grande complexité, nécessite l'utilisation et la mise en place d'un grand nombre de durits et induit des pertes de charge importantes dans l'écoulement des gaz d'échappement. [0009] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un boîtier de dérivation de gaz d'échappement pour un système de suralimentation à double turbocompresseur, comprenant un corps présentant une première interface adaptée pour la fixation d'un premier turbocompresseur, une deuxième interface adaptée pour la fixation d'un second turbocompresseur, et une troisième interface adaptée pour la fixation d'un collecteur d'échappement, le corps présentant une première tubulure débouchant au niveau de la première interface et une deuxième tubulure débouchant au niveau de la deuxième interface. [ooio] Selon l'invention, la troisième interface est l'unique interface de fixation d'un collecteur d'échappement, une unique entrée étant ménagée au niveau de la troisième interface, le corps présentant une troisième tubulure raccordant ladite entrée aux première et deuxième tubulures, le boîtier incluant en outre une vanne obturant sélectivement l'écoulement à travers la deuxième tubulure. [0011] Selon une variante, le boîtier comprend une quatrième interface adaptée pour le raccordement de la sortie du premier turbocompresseur, et comprend une quatrième tubulure débouchant d'une part au niveau de la quatrième interface et d'autre part au niveau de la deuxième interface. [0012] Selon encore une variante, le corps est une pièce de fonderie réalisée monobloc. [0013] Selon encore une autre variante, le boîtier comprend un organe à commande pneumatique actionnant l'ouverture de ladite vanne. [0014] L'invention porte également sur un système de suralimentation comprenant :un boîtier de dérivation tel que décrit ci-dessus ; un premier turbocompresseur fixé à la première interface et comprenant une turbine de détente en communication avec la première tubulure ; et, un second turbocompresseur fixé à la deuxième interface et comprenant une turbine de détente en communication d'une part avec la deuxième tubulure et avec une sortie de la turbine de détente du premier turbocompresseur. [0015] Selon une variante, le premier turbocompresseur présente une pression de suralimentation inférieure à celle du deuxième turbocompresseur. [0016] Selon encore une variante, la turbine de détente du premier turbocompresseur présente une sortie axiale. [0017] Selon une autre variante, le circuit reçoit une valeur de régime moteur et commande l'ouverture de la vanne lorsque la valeur du régime moteur est supérieure à un seuil prédéterminé. [0018] Enfin, l'invention a également pour objet un moteur thermique dont le circuit d'admission comporte un système de suralimentation tel que défini précédemment. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 est une vue en perspective en transparence d'un boîtier de dérivation selon l'invention ; • la figure 2 est une vue en section du boîtier de dérivation accolé à deux 10 turbocompresseurs ; • la figure 3 est une vue en section du boîtier de dérivation en position de raccordement en série d'un premier turbocompresseur ; • la figure 4 est une vue en section du boîtier de dérivation en position de dérivation du premier turbocompresseur. 15 [0020] L'invention propose un boîtier de dérivation pour un système de suralimentation présentant deux turbocompresseurs en série. Deux turbocompresseurs et un collecteur d'échappement peuvent être fixés sur un corps du boîtier. Le corps présente une unique interface de fixation d'un collecteur 20 d'échappement, au niveau de laquelle une unique entrée est ménagée. Cette entrée est en communication avec l'entrée des deux turbocompresseurs. Une vanne obture sélectivement l'écoulement vers l'entrée d'un des deux turbocompresseurs. [0021] Ainsi, une structure particulièrement simple permet de fixer les deux turbocompresseurs et de court-circuiter sélectivement l'un des deux avec une perte 25 de charge réduite. [0022] La figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier de dérivation 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Le boîtier 1 comprend un corps 2 dont l'intérieur est représenté en transparence pour des raisons de lisibilité. Le corps illustré 2 est sensiblement de forme cubique et présente différentes interfaces planes de fixation. Le corps 2 est avantageusement formé monobloc. Le corps 2 peut notamment être réalisé sous forme de pièce de fonderie. [0023] Le corps 2 présente une première interface 21 adaptée pour la fixation d'un premier turbocompresseur, une deuxième interface 22 pour la fixation d'un deuxième turbocompresseur, et une troisième interface 23 pour la fixation d'un collecteur d'échappement (non représenté). Pour des raisons d'aménagement, les première et deuxième interfaces sont sur des faces opposées du corps 2. La troisième interface est disposée sur une face joignant ces faces opposées. [0024] Les interfaces de fixation 21 à 23 pourront comprendre des faces usinées dans lesquelles des alésages filetés sont ménagés. La première interface 21 présente un orifice (non illustré) destiné à communiquer avec l'entrée d'un premier turbocompresseur. Une première tubulure 24 est ménagée à l'intérieur du corps 2 et débouche sur cet orifice. Une deuxième tubulure 25 est ménagée dans le corps 2 et débouche au niveau de la deuxième interface 22 sur un orifice 28. L'orifice 28 est destiné à communiquer avec une entrée auxiliaire 41 d'un deuxième turbocompresseur. Une troisième tubulure 26 est ménagée à l'intérieur du corps 2 et débouche au niveau de la troisième interface 23 sur un orifice 29. L'orifice 29 est destiné à communiquer avec la sortie d'un collecteur d'échappement. Les tubulures 24, 25 et 26 sont raccordées ensemble. [0025] Le boîtier de dérivation 1 comprend de plus une vanne 53 disposée dans la deuxième tubulure 25. La vanne 53 obture sélectivement l'écoulement à travers la deuxième tubulure 25. Par une ouverture ou une fermeture de la vanne 53, on place sélectivement le premier turbocompresseur 3 en série avec le deuxième turbocompresseur 4 ou on court-circuite le turbocompresseur 3. Comme illustré à la figure 1, la vanne 53 peut être entraînée en rotation entre ses positions d'ouverture et de fermeture par l'intermédiaire d'un arbre 52. L'arbre 52 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un organe à commande pneumatique 5. L'organe 5 présente un embout 51 pour la réception d'une commande pneumatique. [0026] Selon l'invention, la troisième interface 23 est l'unique interface de fixation 30 d'un collecteur d'échappement. L'entrée 29 est l'unique entrée ménagée au niveau de cette interface 23. Le boîtier de dérivation 1 présente ainsi une structure relativement simple et peu coûteuse, limitant en outre les pertes de charge dans l'écoulement des gaz d'échappement. [0027] Afin de limiter les durites et les fixations correspondantes sur les carters des turbocompresseurs 3 et 4, ces carters sont fixés à même le corps 2. Comme illustré à la figure 2, le corps 2 comprend une quatrième tubulure 20 s'étendant entre une quatrième interface et la deuxième interface 22. Cette tubulure 20 est destinée à être raccordée d'une part à la sortie du premier turbocompresseur 3 par l'intermédiaire d'une durite 6. Cette tubulure 20 est destinée à être raccordée d'autre part à une entrée principale 42 du deuxième turbocompresseur 4. La tubulure 20 permet de faciliter l'échange de gaz d'échappement entre le premier turbocompresseur 3 et le deuxième turbocompresseur 4 en limitant la complexité de montage des durites et des turbocompresseurs. [0028] La figure 2 est une vue en coupe d'un système de suralimentation incluant le boîtier de dérivation de la figure 1. Le premier turbocompresseur 3 est fixé sur la première interface 21. L'entrée de la turbine de détente de ce turbocompresseur 3 communique avec la première tubulure 24. La turbine de détente présente une sortie axiale débouchant dans la durite 6. Le deuxième turbocompresseur 4 est fixé sur la deuxième interface 22. L'entrée de la turbine de détente de ce turbocompresseur 4 communique avec la deuxième tubulure 25. La turbine de détente du turbocompresseur 4 présente une sortie axiale pouvant être raccordée à une ligne d'échappement. [0029] Dans la configuration illustrée aux figures 2 et 3, la vanne 53 obture la tubulure 25. Lorsque le collecteur d'échappement introduit des gaz d'échappement dans le boîtier 1 par l'intermédiaire de l'entrée 29, les gaz sont bloqués par la vanne 53 et ne traversent donc pas la deuxième tubulure 25. Comme illustré par les flèches, les gaz d'échappement passent de la troisième tubulure 26 vers la première tubulure 24 et traversent ensuite la turbine de détente du turbocompresseur 3. Les gaz d'échappement traversent ensuite la durite 6, la tubulure 20 et atteignent l'entrée principale 42 de la turbine de détente du turbocompresseur 4. Les turbocompresseurs 3 et 4 sont alors raccordés en série. [0030] Dans la configuration illustrée à la figure 4, la vanne 53 libère l'écoulement dans la tubulure 25. Lorsque le collecteur d'échappement introduit des gaz d'échappement dans le boîtier 1 par l'intermédiaire de l'entrée 29, les gaz d'échappement passent de la troisième tubulure 26 vers la deuxième tubulure 25, la contre pression générée par le premier turbocompresseur 3 étant trop importante. Ainsi, les gaz d'échappement traversent la deuxième tubulure 25 et atteignent l'entrée auxiliaire 41 du deuxième turbocompresseur 4, en court-circuitant le premier turbocompresseur 3. L'ouverture ou la fermeture de la vanne 53 pourra être commandée en fonction d'une valeur de régime moteur mesurée. L'ouverture ou la fermeture de la vanne 53 pourra également être graduelle à partir d'un seuil de régime. Le premier turbocompresseur 3 pourra présenter une pression de suralimentation inférieure à celle du deuxième turbocompresseur 4. REVENDICATIONS1. Boîtier de dérivation (1) de gaz d'échappement pour un système de suralimentation à double turbocompresseur, comprenant un corps (2) présentant une première interface (21) adaptée pour la fixation d'un premier turbocompresseur (3), une deuxième interface (22) adaptée pour la fixation d'un second turbocompresseur (4), et une troisième interface (23) adaptée pour la fixation d'un collecteur d'échappement, le corps (2) présentant une première tubulure (24) débouchant au niveau de la première interface et une deuxième tubulure (25) débouchant au niveau de la deuxième interface ; caractérisé en ce que la troisième interface (23) est l'unique interface de fixation d'un collecteur d'échappement, une unique entrée (29) étant ménagée au niveau de la troisième interface (23), le corps présentant une troisième tubulure (26) raccordant ladite entrée (29) aux première et deuxième tubulures (25,26), le boîtier incluant en outre une vanne (53) obturant sélectivement l'écoulement à travers la deuxième tubulure. 2. Boîtier de dérivation (1) selon la revendication 1, comprenant une quatrième interface adaptée pour le raccordement de la sortie du premier turbocompresseur, et comprenant une quatrième tubulure (20) débouchant d'une part au niveau de la quatrième interface et d'autre part au niveau de la deuxième interface (22). 3. Boîtier de dérivation (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le corps (2) est une pièce de fonderie réalisée monobloc. 4. Boîtier de dérivation (1) selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, comprenant un organe à commande pneumatique (5) actionnant l'ouverture de ladite vanne (53). 5. Système de suralimentation comprenant un boîtier de dérivation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes ; un premier turbocompresseur (3) fixé à la première interface (21) et comprenant une turbine de détente en 30 communication avec la première tubulure (24) ; et, un second turbocompresseur (4) fixé à la deuxième interface (22) et comprenant une turbine de détente encommunication d'une part avec la deuxième tubulure (25) et avec une sortie de la turbine de détente du premier turbocompresseur. 6. Système de suralimentation selon la revendication 5, dans lequel le premier turbocompresseur (3) présente une pression de suralimentation 5 inférieure à celle du deuxième turbocompresseur (4). 7. Système de suralimentation selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel la turbine de détente du premier turbocompresseur (3) présente une sortie axiale. 8. Système de suralimentation selon l'une quelconque des revendications 5 10 à 7, comprenant un circuit recevant une valeur de régime moteur et commandant l'ouverture de la vanne (53) lorsque la valeur du régime moteur est supérieure à un seuil prédéterminé. 9. Moteur thermique dont le circuit d'admission comporte un système de suralimentation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.