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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE, COMPORTANT AU MOINS UN COMPRESSEUR DE SURALIMENTATION ENTRAINE PAR UNE TURBINE A GAZ D'ECHAPPEMENT.
On connaît des moteurs à combustion interne dans lesquels la sur- alimentation du ou des cylindres est obtenue par un bloc de suralimentation comportant une turbine à gaz d'échappement couplée à un compresseur. Bien qu'un tel bloc de suralimentation permette habituellement d'obtenir une pres- sion satisfaisante dans des moteurs à quatre temps, il est très difficile dans le cas de moteurs à deux temps d'obtenir de cette manière une suralimen- tation de l'ordre de grandeur désiré, car l'énergie des gaz d'échappement est en elle-même trop faible pour entraîner le bloc de suralimentation.
Afin de remédier à cet inconvénient, on a utilisé à côté du com- presseur entraîné indirectement par les gaz d'échappement, un autre compres- seur de suralimentation entraîné par le moteur à combustion., lequel compres- seur peut être monté en série ou en parallèle avec le premier compresseur.
On a également proposé d'utiliser simplement un compresseur unique partielle- ment entraîné par l'énergie des gaz d'échappement et partiellement par le vilebrequin du moteur à l'aide d'une transmission adéquate.
Dans ces deux cas, la construction du moteur est, cependant, con- sidérablement compliquée du fait des mesures prises pour obtenir la surali- mentation, et, en même temps,, certains inconvénients relatifs au fonctionne- ment du moteur surgissent sous forme de difficultés de démarrage dues à la grande différence de compression entre la période de démarrage sui s'effec- tue sensiblement sans surpression d'alimentation,et la période de fonction- nement normal pendant laquelle la pression d'alimentation est élevée.
La présente invention a pour objet essentiel un moteur à combus- tion interne, particulièrement un moteur à deux temps, dans lequel on peut obtenir une suralimentation de toute valeur désirée par un dispositif de con- stitution simple, cette suralimentation étant pratiquement indépendante du circuit propre du moteur. Dans ce but, l'invention. concerne un moteur à com- bustion interne ayant au moins un compresseur de suralimentation entraîné par
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une turbine à gaz d'échappement, et muni d'un dispositif agissant indépendam- ment du fonctionnement normal du. moteur, pour augmenter l'énergie motrice du flux gazeux alimentant ladite turbine à gaz d'échappement.
Le dispositif agissant indépendamment du fonctionnement normal du moteur peut, selon l'in- vention, être -constitué par au moins une chambre de combustion munie d'un ou de plusieurs brûleurs montés en amont de la ou des turbines à gaz d'échap- pement.
Contrairement aux moteurs à combustion interne connus, de type analogue à celui de l'invention, c'est-à-dire des moteurs comportant un bloc de suralimentation entraîné par l'énergie des gaz d'échappement, la présente invention procure l'avantage essentiel de permettre à tout moment, grâce à un dispositif de construction très simple, d'effectuer une suralimentation de valeur désirée.
La simplicité de construction qui est d'une telle impor- tance pour la fabrication et le fonctionnement du moteur., est étroitement liée au fait que le compresseur de suralimentation ne doit pas nécessaire- ment, afin de créer une pression d'admission suffisamment élevée, être en- traîné par le moteur lui-même, mais recevoir son énergie uniquement de fa- çon normale, c'est-à-dire par la turbine à gaz d'échappement, étant donné qu'il est possible, conformément à l'invention, d'accroître l'efficacité d'une telle turbine en accroissant l'énergie des gaz d'échappement.
En particulier dans le cas d'un moteur DIESEL, il est important de pouvoir produire à tout moment, c.àed. également pendant le démarrage, la pression normale d'alimentation, étant donné que l'allumage nécessite une certaine compression. Comme la pression en fin de compression et en consé- quence la pression maximum dans les cylindres augmentent avec la pression d'alimentation, cette dernière doit, quelles sui soient les dimensions du moteur DIESEL, être du marne ordre pendant le démarrage et pendant le fonc- tionnement normal.
Pour obtenir cela, un bloc de suralimentation entraîné uniquement par l'arbre principal du moteur ne peut être utilisé, car un tel bloc est incapable de produire une pression d'alimentation suffisante au démarrage, et ne peut remplir sa fonction que lorsque le moteur tourne à sa vitesse normale; partant, il est connu d'utiliser un bloc de surali- mentation à roue libre entraîné par un moteur de démarrage indépendant ca- pable de produire à lui seul la pression d'alimentation nécessaire.
Cepen- dant il n'est pas besoin d'avoir recours à un tel expédient dans le cas du moteur à combustion interne de l'invention, le moteur de démarrage qui peut être par exemple un moteur électrique, étant destiné, dans ce cas., à en- traîner uniquement le bloc de suralimentation proprement dit jusqu'à ce que ce dernier puisse fonctionner par ses propres moyens, c.à.d. jusqu'à ce que le compresseur de suralimentation fournisse la quantité nécessaire d'air pour le fonctionnement de la chambre de combustion.
Le ou les brûleurs peuvent alors être allumés et le bloc de sur- alimentation peut, après que le moteur de démarrage a été arrêté, être ame- né à sa vitesse normale de rotation,, ou du moins à une vitesse de rotation suffisante pour que la pression d'admission et en conséquence la pression en fin de compression, nécessaire à l'inflammation dans le cylindre, soient atteintes.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. Le dessin re- présente deux modes de réalisation d'un moteur suralimenté comportant une chambre de combustion pour accroître l'énergie fournie par les gaz d'échap- pement à la turbine du bloc de suralimentation.
La fige 1 représente schématiquement -un moteur dans lequel la chambre de combustion est montée sur le collecteur d'échappement, ou en fait partie.
La fig. 2 montre une disposition dans laquelle la chambre de com- bustion est montée sur une tuyauterie séparée qui est indépendante du collec- teur d'échappement, et est située entre le compresseur et la turbine du bloc de suralimentation.
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Le moteur représenté sur la fig. 1 comporte 3 cylindres 1 qui sont en communication, par l'intermédiaire du collecteur d'échappement 2-3, avec une chambre de combustion 4 munie d'un brûleur 5. Une tuyauterie 6, qui peut être constituée par un diffuseur, relie la chambre de combustion 4 à la turbine à gaz d'échappement 7 du bloc de suralimentation du moteur à combustion, les gaz sortent de cette turbine par un,tuyau d'échappement 8.
La turbine à gaz d'échappement 7 est couplée à un compresseur de suralimen- tation 9 pourvu d'une tubulure d'aspiration 10 et d'une tubulure de refoule- ment 11. Cette dernière débouche dans un radiateur 12 à partir duquel l'air comprimé et refroidi peut s'écouler dans les cylindres 1 par l'intermédiai- re du collecteur d'aspiration 13-14
Si le moteur représenté sur la fig.
l est un moteur à deux temps, et si la chambre de combustion 4 n'est pas en fonctionnement, les gaz d'é- chappement passant dans la turbine 7 ne contiendront pas une quantité suffi- sante d'énergie pour entraîner de façon satisfaisante le bloc de suralimenta- tion 7-9. L'énergie contenue dans les gaz d'échappement peut cependant être accrue en brûlant dans la chambre de combustion 4, du combustible injecté par le brûleur 5, l'air de balayage des cylindres 1 contenant la quantité d'oxygène nécessaire pour cette combustion.
La chambre de combustion 4 peut cependant être également alimentée en air comburant par un tuyay 15 branché en dérivation sur la tubulure de refoulement 11 du compresseur 9, et la quantité d'air fournie de cette façon peut être réglée par des moyens appro- priés, par exemple par un papillon 16 monté dans le tuyau 15. Ce dernier, au lieu d'être branché en dérivation sur la tubulure de refoulement 11, peut partir directement du compresseur 9, et si ce dernier est un compresseur à plusieurs étages l'air comburant destiné à la chambre 4 peut être soutiré de l'un des étages à une pression convenable.
Le moteur à combustion représenté schématiquemzent sur la fig. 2 comporte essentiellement les mêmes organes que le moteur représenté sur la fig. 1 et ces derniers portent les mêmes chiffres de référence que dans la fig. 1. Dans la f ig. 2, le collecteur d'échappement 2-3 et la chambre de combustion 4 sont montés en dérivation sur la turbine 7 et chacun d'eux est relié à une admission différente de celle-ci,de sorte que les gaz d'échap- pement ne se mélangent pas avec l'air refoulé par le compresseur 9 avant de pénétrer dans la turbine 7.
Dans ce cas la chambre de combustion 4 peut évi- demment être mise hors de fonctionnement lorsqu'aucune augmentation de l'é- nergie des gaz d'échappement n'est requise, ce qui, particulièrement, peut être le cas lorsque le moteur est à quatre temps et tourne à sa vitesse nor- male après avoir été démarré avec de l'air d'alimentation provenant du bloc de suralimentation 4-7-9.
Comme dans le cas du moteur de la fig. 1, le compresseur 9 de la fig. 2 peut être un compresseur à plusieurs étages et le tuyau 15 qui ali- mente en air frais la chambre de combustion 4, et dans lequel est prévu un papillon 16, peut être relié à ce compresseur à la sortie d'un étage de com- pression convenable de ce dernier.
Dans la f ig. 2 on a de plus représenté un moteur de démarrage 17, par exemple un moteur électrique, pour le démarrage du bloc de suralimenta- tion. Ce démarrage s'effectue de la façon suivante
Le papillon 16 est placé dans une position convenable d'ouverture, par exemple la position de plus grande ouverture, et le moteur électrique 17 est excité. Ce dernier entraîne alors la turbine 7 et partant le compresseur 9 qui produit un flux d'air à travers les tuyaux 11 et 15, la chambre 4, le conduit 6, la turbine 7 et le tuyay d'échappement 8 de cette dernière.
Lors- que le flux d'air est suffisant pour que la chambre de combustion 4 puisse fonctionner, le brûleur 5 est allumé et l'excitation du moteur 17 coupée, la turbine 7 étant alors à même d'entraîner par ses propres moyens le com- presseur 9 de sorte que le bloc de suralimentation fonctionne par lui-même.
Lorsque le bloc a atteint une certaine vitesse de rotation, par exemple sa vitesse de régime, on peut faire démarrer le moteur à combustion à sa pres- sion normale, et comme la quantité d'énergie dans les gaz d'échappement croît
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progressivement, le brûleur 5 peut être réglé de façon à fournir moins de chaleur jusqu'à ce que le moteur à combustion ait atteint sa vitesse de ré- gime.
Dans un moteur à deux temps, il sera normalement nécessaire d'avoir recours à une combustion dans la chambre 4 même après que la vitesse de ré- gime aura été atteinte,tandis que les gaz d'échappement d'un moteur à qua- tre temps sont susceptibles, à la vitesse de régime, de contenir en eux- mêmes une quantité suffisante d'énergie pour entraîner le bloc de suralimen- tation, de sorte qu'après quelque temps, le brûleur 5 peut être éteint. Le papillon 16 est évidemment réglé selon la combustion ayant lieu dans la chambre 4 pendant que le brûleur 5 fonctionne, par exemple selon la quanti- té de combustible arrivant à ce brûleur.
Il est possible de faire démarrer le moteur à combustion de la fig. 1 d'une façon sensiblement analogue au moyen d'un moteur non représen- té correspondant au moteur 17 de la fig. 2. Il n'est pas nécessaire de cou- pler ce moteur à la turbine 7 et on peut le disposer de fagon à entraîner le compresseur 9 directement ; ce cas un mécanisme à roue libre est in- séré entre la turbine et le compresseur, de sorte que celle-ci ne démarre pas jusqu'à ce que le flux d'air refoulé par le compresseur augmente suffi- samment.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux dispo- sitifs qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'inven- tion. En particulier, on peut monter, en un point convenable du dispositif, un échangeur de chaleur dans lequel le flux d'air se dirigeant vers la cham- bre de combustion peut être préchauffé par les gaz d'échappement de la tur- bine 7; ou encore la quantité totale d'énergie supplémentaire destinée à être fournie à la turbine 7 peut être transmise au fluide moteur de cette dernière au moyen d'un échangeur de chaleur ou de tout autre dispositif thermique, qui dans les modes de réalisation représentés sur le dessin, peuvent être subsitués à la chambre de combustion 4.