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Entraînement de turbo-compresseur de sur- alimentation pour moteurs à combustion interne à l'usage des véhicules.
Dans les moteurs à combustion à vitesse variable servant à la propulsion directe de véhicules, il faut que le couple, et par suite, la surcompression au moteur, aug- mente, autant que possible, à mesure que la vitesse diminue, afin d'assurer une accélération rapide du véhicule et empêcher
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ainsi la manoeuvre répétée du train d'engrenages à gradins du changement de vitesse. De même, il faut que la surcompression diminue à mesure que la charge du moteur s'abaisse, afin de réduire le travail négatif du surcompresseur, et par là même la consommation de combustible.
Si le compresseur entraîné directement par le moteur est du type volumétrique, la surcompression demeure tout au plus constante à mesure que le nombre de tours diminue, alors que pour les compresseurs du type turbo, elle diminue forte- ment, par suite de la loi quadratique qui les régit. Il en résulte que, dans le premier cas le couple engendré reste tout au plus constant, alors que dans le second, il décroît d'une façon inadmissible. Au surplus, à cause du bruit qu'elles produisent, les soufflantes du type columétrique seraient inutilisables dans les véhicules transportant des passagers.
La présente invention consiste à utiliser, comme com- presseur de suralimentation, une machine turbo, entraînée par le moteur par l'intermédiaire d'un train d'engrenages plané- taire, avec un rapport de multiplication poussé, de telle ma- nière qu'il arrive à tourner à sa vitesse la plus élevée lors- que celle du moteur n'est que la moitié environ de la normale. ll transmet le couple nécessaire au turbo-compresseur par l'in- termédiaire d'un train d'engrenages planétaire, à un organe ro- tatif sur paliers et dont le couple est réglé soit au maximum, soit en fonction de la charge du moteur qu'il s'agit de sur- alimenter, soit encore en fonction de la vitesse du véhicule.
Une augmentation supplémentaire de la vitesse de rotation du
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moteur n'amènera ainsi qu'une surélévation de la vitesse de l'organe intermédiaire, qui est supporté de manière à pouvoir lui aussi, entrer en rotation.
Cet organe rotatif est de préférence constitué par une pompe refoulant un liquide, la pression maxima au re- foulement étant fixée à un maximum par un distributeur comman- dé par la pression au refoulement; la charge agissant sur ce distributeur variera aussi bien avec la charge du moteur qu'avec la vitesse du véhicule, ou même sous l'influence des deux simultanément.
L'énergie utilisée pour engendrer le couple nécessaire, provenant de l'organe rotatif sur paliers, et qui se trouve être accumulée dans le liquide refoulé, est simplement perdue dans le cas de faibles puissances, mais elle est par contre récupérée d'une manière ou d'une autre dans le cas de fortes puissances. L'objet de l'invention réalise ce dernier point puisque l'organe rotatif sur paliers est constitué par une pompe à liquide, engendrant une pression. Il en résulte un travail utile transmis à un moteur hydraulique du type volu- métrique, accouplé de préférence à l'arbre du train d'engre- nages planétaire. Les volumes spécifiques efficaces (cylindrés) de la pompe et du moteur sont déterminés en tenant compte de la vitesse de rotation du compresseur de suralimentation.
Suivant l'invention on a prévu le cas où l'entraîne- ment du véhicule se fait en passant du moteur à combustion par un train d'engrenages à gradins. Le couple du compresseur de suralimentation peut alors se transmettre à un organe rotatif,
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par l'intermédiaire du train d'engrenages planétaire, et dont le nombre de tours varie par échelons correspondant au nombre des gradins du harnais;
pour chacun de ces gradins il faut alors qu'à pleine charge du moteur à combustion et approxima- tivement à la moitié de sa vitesse maximum, la vitesse de ro- tation la plus élevée du turbo-compresseur soit atteinte, la- quelle, par la suite, ne sera pas dépassée, même si la vitesse du véhicule augmente, une augmentation de la vitesse de rota- tion du moteur à combustion n'ayant pour effet que d'augmenter la vitesse de rotation de l'organe rotatif.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple et schématiquement quelques exemples d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre une disposition selon laquelle le moteur à combustion entraîne, par l'intermédiaire d'un engre- nage planétaire, un turbo-compresseur de suralimentation, dont le couple vient se transmettre, par l'intermédiaire d'un engre- nage planétaire, à une pompe cellulaire refoulant un liquide.
La fig. 2 fait ressortir la partie du dispositif qui changerait, si, contrairement à l'exécution de la fig. 1, le couple du turbo-compresseur se transmettait sur un cardan ou sur tout autre organe synchronisé avec celui-ci.
La fig. 3 montre le même dispositif que les fig. 1 et 2, mais avec la différence, par rapport à la fig. 2, que le moteur à combustion entraîne l'arbre cardan par l'intermédi- aire d'un train d'engrenages à gradins et que, de ce fait, il faut intercaler aussi un engrenage à gradins entre l'arbre car- dan et l'organe rotatif.
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Le dispositif selon la fig. 1 comporte principalement une bâche 1, munie d'une tubulure 2 et de la tuyauterie de re- foulement 3. et à l'intérieur de laquelle tourne la roue du turbo-compresseur 4. Dans cette bâche est, en outre, logée, de façon à pouvoir tourner, la bâche de l'engrenage planétaire 5, avec son prolongement 6. Dans la bâche 5 sont, enfin, ména- gés un jeu de 3 renvois 7, pivotables, dont un seul d'entr'eux est visible, et qui portent les pignons 8 et 9, qui à leur tour engrènent avec la roue dentée 10 et le pignon denté 11. Sur l'arbre moteur 12 sont fixés la roue dentée 10 et le piston rotatif 13 du moteur hydraulique étanche vis-à-vis de l'exté- rieur, ainsi que la poulie à gorge 15 pour courroie trapézoï- dale. L'arbre 12 tourne dans le prolongement 6 de la bâche ren- fermant le train d'engrenages planétaire.
Cette bâche de son côté, s'appuie sur les paliers 16, 17 et 18, autour desquels elle peut tourner, et son prolongement 6 porte le piston rota- tif 14 de la pompe hydraulique. Cette pompe cuirassée du type connu refoule dans la chambre sous pression 19, qui est reliée par un organe de distribution, à la chaire sous pression 21 du moteur hydraulique. Ce dernier, après avoir fourni son travail utile, refoule le liquide dans l'espace 22, qui, de son côté, est relié directement à la chambre d'aspiration 23 de la pompe.
L'organe de distribution 20 est orienté vers la droite par le ressort 24, mais il peut être aussi actionné par le levier 25. La partie de l'organe de distribution désignée par a est d'un diamètre quelque peu supérieur à celui de la partie dé- signée par b, et qui pénètre dans l'alésage c, qui relie de son côté les espaces 19 et 21 entr'eux.
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La fige 2 montre une disposition analogue à celle de la fig. 1, mais à la place du piston rotatif 14, il est prévu la poulie à gorge en forme de coin 14', qui est reliée, par une courroie trapézoïdale, à une autre poulie semblable, fixée par exemple sur l'arbre à cardan, ou sur n'importe quel organe synchronisé avec ce dernier. Cette seconde poulie n'est pas indiquée sur le dessin. Toutes les autres parties ont les mêmes fonctions que celles qui leur sont attribuées dans le dispositif de la fig. 1.
La fig. 3 montre une disposition analogue à celle des fige 1 et 2, mais, comme celà a déjà été dit plus haut, le dispositif est destiné à un moteur à combustion, dans lequel l'arbre à cardan est entraîné par l'intermédiaire d'un engre- nage à gradins ou d'un renvoi à roues étagées. Sur le prolonge- ment 6 de la bâche 5, on a remplacé la poulie à gorge 14' (fig.
2), par trois pignons 28, 29 et 30,qui engrènent avec les roues dentées 31, 32 et 33, lesquelles, de leur c8té, tournent folles sur l'arbre à cardan 34. Les chiffres 35 et 36 désignent par exemple des accouplements magnétiques, au moyen desquels alternativement, ce sera l'une des roues dentées 31, 32 ou 33 qui pourra être fixée et serrée sur l'arbre 34, de telle sorte que le prolongement ±. agira par l'intermédiaire de trois rap- ports d'engrenage différents sur l'arbre à cardan.
Le fonctionnement, selon la disposition constructive de la fig. 1, est le suivant:
Le moteur à combustion devant être suralimenté entraîne, par l'intermédiaire de la poulie à gorge 15, l'arbre 12. La roue dentée 10 entraîne l'arbre de renvoi 7, la roue dentée 8
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vient agir sur le piston denté 11, ce qui a pour effet de faire tourner la roue 4 du turbo-compresseur. Mais en outre l'arbre de renvoi 7 exerce un couple sur la bâche 5, qui peut tourner autour des paliers 16, 17, 18, cette bâche se met alors à tourner en entraînant le piston 14, qui est calé sur son pro- longement 6.
Les dimensions de la poulie à gorge 15 et des roues dentées 10, 9,8 et 11 sont choisies de telle manière que, la bâche 5 étant encore immobile, la roue 4 du compresseur de sur- alimentation atteigne précisément sa vitesse la plus élevée, alors que le moteur à combustion qu'il s'agit de suralimenter, tourne environ à 50 % de sa vitesse maximum et développe son couple le plus élevé, c'est-à-dire alors que l'organe de distri- bution 20 se trouve à peu près dans la position marquée sur le dessin.
Plus le nombre de tours du turbo-compresseur est élevé, plus aussi le couple transmis sera gram, moment qui agit ré- troactivement, par l'intermédiaire de l'arbre de renvoi 7, sur la bâche 5 et le prolongement 6, de sorte que la pression hy- draulique provenant de la rotation du piston rotatif 14 aug- mente à l'intérieur de l'espace 19. Lorsque la vitesse de ro- tation de la roue du surcompresseur atteint à peu près son maximum, la pression dans l'espace 19 est devenue suffisamment élevée pour que l'organe de distribution 20, s'opposant à l'ac- tion du ressort, se déplace vers la gauche en créant une com- munication entre les espaces 19 et 21.
Le débit traversant l'organe de distribution 20 constitue le débit du piston ro- tatif 14 et détermine ainsi la vitesse de rotation de ce der- nier, et par effet rétroactif, également la vitesse de rotation
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de la bâche 5. Mais plus la vitesse de rotation de la bâche 5 sera élevée, plus la vitesse de rotation de la roue du compres- seur de suralimentation sera faible, de sorte qu'en modifiant la pression dans l'espace 19, la vitesse de rotation de la roue du surcompresseur peut être aussi modifiée.
Selon l'invention, on a aussi prévu la possibilité de choisir le rapport de transmission entre le moteur à combustion entraîneur et la roue du surcompresseur, entraînée, afin que le surcompresseur atteigne sa vitesse de rotation maximum avant que le moteur à combustion atteigne la sienne, et afin de plus que par la suite, une augmentation de la vitesse de rotation du moteur à combustion ne puisse entraîner seulement qu'une augmentation de la vitesse de la cage des satellites s'appuyant sur des paliers et sur laquelle se transmet le couple du sur- compresseur. On choisira de préférence le rapport de transmis- sion de telle manière que lorsqu'on aura besoin du couple maxi- mum du moteur à combustion, le surcompresseur atteigne sa vi- tesse maximum quand le dit moteur tournera environ à la moitié de sa vitesse la plus élevée.
Si le moteur à combustion fonc- tionne à couple réduit (ce couple pouvant être développé sans faire intervenir la suralimentation), on a prévu, suivant l'in- vention, la réduction de la vitesse du surcompresseur et cela indépendamment de la vitesse de rotation du moteur à combustion, afin que le travail négatif du compresseur soit aussi réduit.
On obtient ce résultat de la façon suivante:
Le levier 25 avec son tringlage, qui règle l'admission du gaz ou du combustible est disposé de telle façon qu'il s'op- pose à l'action du ressort 24 lorsqu'il y a étranglement de
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l'admission du combustible. Ainsi l'organe de distribution 20 établit la communication entre les espaces 19 et 21, à faible pression, et le couple du piston rotatif 14, ainsi que, par effet rétroactif, le couple maximum du surcompresseur sera réduit, d'où une réduction de la vitesse de la roue du compresseur.
L'organe rotatif est ici, (voir fig. 1) constitué par le piston rotatif 14, qui est muni d'aubages, comme c'est le cas dans les machines du type cellulaire. Dans celles-ci en effet, soit par asservissement, soit sous l'effet de la force centrifuge, les aubes sont poussées radialement vers l'exté- rieur contre l'alésage de la bâche, en formant entr'elles des cellules. Le volume de chaque cellule se remplit lorsque celle- ci passe devant la fente d'aspiration et il se vide lorsqu'elle passe devant la fente de refoulement. L'énergie nécessaire au refoulement de l'agent liquide détermine l'importance du couple de cet organe rotatif 14.
L'énergie consommée peut être tout simplement perdue s'il ne s'agit que de faibles quantités d'énergie, et ceci par détente avec refroidissement éventuel, qui fait passer le liquide directement de l'espace 21 dans la chambre d'aspiration 23 et ferme le circuit. Cependant on voit sur la fig. 1 que cette énergie est partiellement récupérée.
En effet, le liquide est dirigé sur le piston 13, qui entre en rotation, car selon l'invention il est calé directement sur l'arbre d'entraînement 12 du train d'engrenages planétaire.
Le débit par seconde que ce piston est capable d'absorber, va- rie selon la vitesse de rotation du moteur à combustion, et grâce à la construction très ramassée de la pompe et du moteur
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hydrauliques, les pertes hydrauliques se trouvent être ré- duites au minimum. Du. fait de la circulation en circuit fermé de l'agent liquide, le débit par seconde du piston rotatif 14, au refoulement, est toujours égal à celui aspiré par le piston rotatif 13. D'autre part, comme ce volume aspiré est propor- tionnel au nombre de tours de l'arbre 12 et augmente avec celui- ci, il devient possible, en fonction des volumes spécifiques des pistons 13 et 14, de fixer par asservissement le nombre de tours de l'organe rotatif, ce par quoi simultanément le nombre de tours de la roue du surcompresseur est également déterminé.
Pour le fonctionnement du train d'engrenage, il n'y a pas de différence entre les exécutions montrées aux fig. 2 et fige 1; mais au lieu du. piston rotatif 14 absorbant le couple, on a disposé sur le prolongement 6 la poulie à gorge 14', qui, par l'intermédiaire d'une courroie trapézoïdale, est reliée à une autre poulie à gorge fixée de préférence sur l'arbre à cardan, ou alors sur un organe tournant en synchronisme cet arbre.
Une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre à cardan, ou, ce qui revient au même, une augmentation de la vitesse de translation du véhicule, a pour effet de réduire le nombre de tours de la bâche 5, et de là la vitesse de la roue du sur- compresseur. Au lieu de poulies à gorge, on pourrait tout aussi bien utiliser une transmission par chaîne, ou. un harnais d'en- grenages.
Le fonctionnement du dispositif montré à la fig. 3 diffère de celui montré à la fig. 2 par le fait qu'entre le prolongement 6 et la bâche du train d'engrenages planétaire 5 et l'arbre à cardan 34, on a intercalé autant de renvois par
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transmission qu'il y a de gradins sur le renvoi à gradins intercalé entre le moteur à combustion et l'arbre à cardan..
Au moyen des accouplements magnétiques 35 et 36, on met en prise alors chaque fois, en embrayant le gradin correspondant du renvoi simultanément celui des renvois de transmission pré- cités qui permet à la roue du surcompresseur de réaliser sa pleine vitesse, lorsque le moteur à combustion aura atteint à peu près la moitié de sa vitesse maximum. La manoeuvre des accouplements magnétiques se fait chaque fois par asservisse- ment en actionnant le levier de commande du renvoi à gradins.
Si la charge du moteur à combustion baisse de telle manière que la suralimentation ne soit plus nécessaire, le courant électrique pour les accouplements magnétiques sera interrompu simultanément par la seule manoeuvre du levier commandant l'admission du combustible.