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Moteur à combustion à deux temps pourvu d'une turbine à gaz d'échappement actionnant le ventilateur qui fournit l'air de balayage.
L'énergie des gaz d'échappement des moteurs à combustion, énergie qui est utilisée pour actionner des turbines, est fonction de la masse, de la pression et de la température de ces gaz. Lorsque le régime du moteur à combustion varie, la quantité de gaz d'échappement reste sensiblement constante mais, par contre, leur pression et leur température s'abaissent fortement lorsque la char- ge décroît, -ce qui entraine une diminution correspondan- te de leur énergie.
Lorsqu'on utilise des turbines à gaz d'échap- pement pour actionner un ventilateur produisant le mou- vement de l'air de balayage et de combustion, les con- ditions sont essentiellement différentes pour les moteurs à quatre temps' et pour les moteurs à deux temps. Dans @
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les moteurs à quatre temps, il n'est pas absolument in- dispensable, en particulier pour les faibles régimes, que la pression de l'air de combustion produite par le ventilateur soit plus élevée que la contre-pression d'échappement, c'est-à-dire que la pression des gaz d'échappement avant la turbine.
On peut donc, dans les ventilateurs qui four- nissent l'air de combustion et qui sont actionnés par les gaz d'échappement, établir par exemple la loi de variation indiquée dans le diagramme de la fig. pour la pression de l'air de combustion et pour la pression d'échappement en fonction de la charge. Sur ce diagramme on a porté en abcisses, suivant Ox, les différantes charges et en ordonnées, suivant Oy, les pressions cor- respondantes dans la tuyauterie d'échappement (courbe E) et dans la conduite d'air de combustion (courbe A).
Pour des régimes supérieurs à environ 3/4 de charge, la pression de l'air de combustion est supé- rieure à la contre-pression d'échappement ; par contre, elle est inférieure pour les régimes situés au-dessous de 3/4 de charge. Cela signifie qu'aux charges élevées il se produit un balayage de l'espace mort du cylindre par l'air de combustion frais, tandis qu'au contraire, à charge réduite, il subsiste dans l'espace mort supé- rieur, une certaine quantité de gaz brûlé, et que le piston descendant ne reçoit du ventilateur que de l'air sous une pression plus faible que la contre-pression d'échappement, c'est-à-dire qu'il aspire en partie lui- même à travers le ventilateur.
Ces conditions sont sans inconvénient dans les moteurs à quatre temps, car le
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cylindre de travail reçoit toujours à faible charge une masse d'air suffisante, même dans le cas où la contre pression d'échappement est supérieure à la pression de l'air de combustion.
Les conditions sont différentes dans les moteurs à deux temps. Comme le montre le diagramme de la fig.2, dans lequel les courbes A et E représentent respectivement, en fonction de la charge, les variations de la pression de l'air de balayage et de celle des gaz d'échappement, la pression de l'air de balayage doit, même à faible charge, être supérieure à la contre-pres- sion d'échappement, car sans cela le cylindre ne serait pour ainsi dire pas balayé et ne recevrait pas d'air frais. Cependant, dans les moteurs à deux temps les températures d'échappement sont, par suite du mélange des gaz d'échappement avec l'excédent d'air de balayage, notablement plus basses que dans les moteures à quatre temps.
Il en résulte que, même pour un très bon rende- ment de la turbine à gaz d'échappement et du ventila- teur, l'énergie des gaz d'échappement mélangés à l'air de balayage ne suffit plus, même à charge normale, pour produire de l'air de balayage sous une pression supé- rieure à la pression des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement ne peuvent alors fournir au ventilateur qu'une fraction de l'énergie motrice qui lui est né- cessaire.
Pour cette raison, on a déjà proposé de pro- duire l'énergie motrice manquante par un moteur électri- que monté sur l'arbre du ventilateur. On a également pro- posé d'accoupler par une commande rigide le ventilateur @
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et la turbine à gaz d'échappement avec le moteur princi- pal, et de prélever sur ce dernier l'énergie qui fait défaut. Enfin, on a également été amené à prélever dans le cylindre des gaz d'échappement à pression et tempéra- faires ture supérieures et à travealler ceux-ci directement dans un étage de turbine, sans les mélanger au restedes gaz d'achappement. Pour cela, on suppose que tous les cylindres sont construits de la même manière et que, lorsque le régime baisse, ils sont tous réglés de la même façon.
La présente invention a pour but de fournir l'énergie motrice faisant défaut au ventilateur qui four- nit l'air de balayage en accouplant au moteur à deux temps un ou plusieurs cylindres auxiliaires montés sur le même arbre et réglés indépendamment du régime du moteur prin- cipal, de telle sorte que ce ou ces cylindres auxiliai- res peuvent fournir des gaz d'échappement possédant une énergie supérieure à celle des gaz d'échappement du mo- teur principal, ces gaz d'échapnement travaillant dans une turbine particulière montée sur le même arbre que le ventilateur qui forunit l'air de balayage, ou bien dans un étage particulier de la turbine ordinaire à gaz d'échappement. Ces cylindres auxiliaires supplémentaires peuvent être constitués par des cylindres à quatre ou à deux temps.
Ils doivent seulement satisfaire à deux conditions, à savoir fournir des gaz d'échappement pos- sédant une énergie plus élevée que ceux du moteur prin- cipal et pouvoir être réglés d'une façon indépendante du régime du moteur principal, de telle manière que, quelles que soient les conditions de fonctionnement, on dispose
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d'une quantité suffisante d'énergie contenue dans les gaz d'échappement pour obtenir constamment une pression de balayage supérieure à la contre-pression d'échappement.
La description qui va suivre, en regard du des- sin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
Les fig. 1 et 2 sont des diagrammes dont l'ob- ject a été exposé ci-dessus.
La fig. 3 représente, partie en élévation, par- tie en coupe verticale, un mode d'exécution dans lequel le système auxiliaire est constitué par des cylin- dres à quatre temps.
Les fig. 4 à 6 montrent des modes de réalisa- tion dans lesquels le système auxiliaire se compose de cylindres à deux temps.
Sur la fig.3, on a représenté en a un mo- teur à combustion à deux temps, qui peut comporter, par exemple, quatre cylindres. Les différentes cylindres sont pourvus d'une tuyauterie commune b d'air de balayage et de combustion et également d'une tuyauterie commune d'échappement c. En outre, il est prévu un cinquième cy- lindre d à quatre temps qui travaille sur le même vile- brequin que le moteur à deux temps. Sur la soupape d'échappement e de ce cylindre est raccordée une tuyauterie d'échappement f indépendante de la conduite c.
L'air de balayage et de combustion nécessaire aux moteurs à deux temps est fourni par un ventilateur g qui est actionné par deux turbines à gaz d'échappement i et j, montées avec lui sur un même arbre h.La Première
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de ces turbines, i, est alimentée par la tuyauterie d'échappement c du moteur a deux temps ; par contre, la deuxième turbine j est reliée à la conduite d'échappe- ment f du cylindre à quatre temps d, et elle est alimentée par les gaz d'échappement de ce dernier.
Le réglage de la pompe à carburant du cylindre à,quatre temps peut être effectué indépendamment du réglage correspondant du cylindre a deux temps, de telle manière qu'on dispose constamment de gaz d'échappement possédant une température et par conséquent une énergie suffisante pour fournir l'effort moteur necessaire à la pompe de balayage.
De même, la commande de la soupape d'échappement e de ce cylindre peut être réglée indépendamment du régime du moteur à deux temps, soit à la main, soit par le régulateur de la machine, de telle façon que cette soupape s'ouvre plus tôt ou plus tard, ce qui cor- respond par suite à une contre-pression d'échappement variable et à une température variable des gaz d'échap- pement, de sorte que l'énergie des gaz d'échappement de ce cylindre à quatre temps peut être prélevée en quan- tité quelconque. La turbine à gaz d'échappement j qui est raccordée à cette soupape fournit à l'énergie dotrice de la turbine j l'appoint qui manque pour la produc- tion de la pression nécessaire de l'air de balayage fourni par le ventilateur.
Dans le cas de moteurs à deux temps à double effet, on peut aussi prévoir une disposition telle que l'un ou plusieurs des cylindres à deux temps fonctionnent par un de leurs côtés suivant le cycle à quatre temps et
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soient reliés à une turbine particulière ou à un étage spécial de la turbine à gaz d'échappement ordinaire.
Dans ce cas, ce côté de cylindre doit également pouvoir être réglé indépendamment du régime des autres cylindres à deux temps, de telle manière qu'il fournisse l'énergie additionelle de gaz d'échappement nécessaire pour actionner le ventilateur d'air de balayage.
Les cylindres auxiliaires qui fournissent l'énergie d'échappement supplémentaire peuvent aussi être constitués par des cylindres à deux temps. La figure 4 représente en élévation, à titre d'example, un tel mode de réalisation. Sur cette figure, on a désigné à nouveau par a le moteur principal à deux temps dont les cylindrer al sont reliés à la tuyauterie b d'air de balayage et de combustion ainsi qu'à la tuyauterie d'échappement c, tandis que le cylindre a2 possède une tuyauterie d'échappement particulière cl.
On a figuré en g le ventilateur qui fournit au moteur à deux temps l'air de balayage et de combustion.
Il est actionné par deux turbines à gaz d'échappement i et j montées avec lui sur un même arbre h. La turbine i est alimentée par les gaz d'échappement des cylindres à deux temps al par l'intermédiaire de latuyauterie c3, tandis que la seconde turbine j est reliée à la conduite d'échappement cl du cylindre à deux temps a2. De la con- duite cl, part une dérivation c2 vers la tuyauterie prin cipale d'échappement c3.
Au point de branchement des tuyauteries cl, c2 est prévu un organe commandé, par exemple un clapet 1 qui est commandé de façon à diriger d'abord sur la turbine j les gaz d'échappement chauds et àhaute pression produits par le début de l'échappement,
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ce qui permet à la turbine j de fournir au ventilateur g la puissance qui lui manque, puis à être ensuite inverse de manière à obturer la conduite cl et à ouvrir la canalisation c2 pour diriger ainsi dans la conduit d'échappement c3, qui aboutit à la turbine i, les gaz d'échappement mélangés à l'excédent d'air de balayage et par conséquent plus froids.
Le réglage du cylindre à deux temps a2 s'effectue, dans ce cas également, suivant une autre loi que celui des cylindres à deux temps normaux a1, de telle manière qu'il puisse constamment fournir l'énergie d'échappement qui fait défaut pour actionner le ventilateur.
La figure 5 montre en élévation un autre mode de réalisation dans lequel le cylindre auxiliaire a2 est également un cylindre à deux temps, et dans lequel le prélèvement des gaz d'échappement à pression et tempé- rature plus élevées est effectué de telle façon qu'une partie ou que l'ensemble des lumières d'échappement kl de ce cylindre soient à une hauteur supérieure à celle des lumières k des autres cylindres à deux temps. On prélève par conséquent sur ces cylindres des gaz d'échap- pement possédant une pression et une température plus élevées, et ces gaz d'échappement sont dirigés sur une turbine à gaz d'échappement particulière j, tandis que les gaz d'échappement des autres cylinders sont envoyés dans la turbine à gaz d'échappement ordinaire i de la même manière que dans l'example précédent.
Au lieu d'un seul cylindre auxiliaire, on peut éventuellement utiliser d'après l'invention un système de plusieurs cylindres à quatre ou à deux temps,
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en liaison avec le moteur à deux temps. De même, le sys- tème de cylindres auxiliaires peut être relié à un étage particulier de la turbine principale au lieu d'être rac- cordé à une turbine particulière, cette dernière étant alors supprimée.
La figure 6 représente en plan un mode d'exé- cution dans lequel le moteur polycylindrique à deux temps comporte deux cylindres a2 reliés à une tuyauterie d'échappement particulière cl qui est raccordée à une turbine à gaz d'échappement j; cette turbine, qui fonctionne avec la plus grande énergie des gaz d'échap- pement, est placée immédiatement à côté du moteur, de telle manière qu'il est possible d'obtenir une bonne transmission des gaz sans perte importante d'énergie, et par conséquent de pression et de température. Les autres cylindres échappent dans une tuyauterie d'échappement commune c qui actionne la turbine à gaz d'échappement i travaillant avec le reste d'énergie des gaz d'échappement.
Dans tous les cas où l'on utilise des cylindres à deux temps pour produire l'appoint d'énergie d'échappe- ment, le réglage de ces cylindres à deux temps s'effectue suivant une autre loi que le réglage des cylindres ordinaires de travail.