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PERFECTIONNEMENTS AUX GROUPES MOTEURS COMPRENANT UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET UN TURBO-COMPRESSEUR BE SURALIMENTATION ACTIONNE PAR LES GAZ
D' ECHAPPAIENT.
Cette invention est relative aux groupes moteurs du type comprenant un moteur à combustion interne du type à injection de combustible liquide et allumage par compression fonctionnant suivant le cycle à quatre temps et un turbo-compresseur de suralimentation actionné par les gaz d'échappement, c'est-à-dire un ensemble comportant une turbine prévue pour etre actionmée par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne et pour entrainer un compresseur destiné à fournir de l'air sous pression à l'admission du moteur à combustion interne.
L'invention a pour but de fournir un groupe moteur du type précité qui satisfasse d'une manière appropriée, simple et effective aux exigences de fonctionnement des locomotives de traction et autres machines dont le moteur à combustion interne doit fonctionner dans une gamme de vitesses étandue et dans lesquelles un couple relativement élevé est nécessaire aux faibles vitesses avec une diminution du couple lorsqu'il fonctionne dans la partie supérieure de la gamme de vitesses.
Un groupe moteur suivant la présente invention comporte un moteur à combustion interne du type à injection de combustible liquide et allumage par compression fonctionnant suivant le cycle à quatre temps et destiné à fonctionner dans une gamme de vitesses étendue, un dispositif entrant en action dans au moins la moitié supérieure de la gamme de vitesses pour réduire automatiquement la quantité de combustible fournie au moteur par cycle avec une augmentation de vitesse, une turbine destinée à être actionnée par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne et à entraîner un compresseur fournissant l'air de suralimentation à l'admission du moteur,
au moins un by-pass qui détourne une partie de l'air fourni par le compresseur du moteur à combustion interne pour l'envoyer avec les gaz d'éc'happement dans la turbine et un clapet de non retour dans le by-pass destiné à empêcher les gaz du ou des collecteurs d'échappement du moteur de pénétrer dans le ou les collecteurs d'ad-
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mission de celui-ci.
Une soupape de sûreté est aussi prévue de préférence pour laisser échapper les gaz du ou des collecteurs d'échappement du moteur et destinés à être commandée par un dispositif sensible à la différence de pression respectivement dans le ou les collecteurs d'admission et d'échappement de manière à s'ouvrir lorsque la pression dans le ou les collecteurs d'échappement dépasse celle du ou des collecteurs d'admission et permettre ainsi aux gaz d'échappement de fuir dans l'atmosphère dans certaines conditions.
En outre, le groupe moteur comprend de préférence une soupape automatique d'admission d'air destinée à laisser passer directement l'air de l'atmosphère dans le ou les collecteurs d'admission du moteur lorsque la pression dans ce ou ces collecteurs tombe en dessous de la pression atmosphérique.
Ainsi, avec un groupe moteur suivant l'invention, il est clair que dans le cas le plus simple où il n'y a pas de soupape de sûreté ni de prise d'air automatique à l'admission, la pression du compresseur est approximativement égale à ou inférieure à la pression d'échappement dans tous les états de charge et tout surplus d'air disponible dans certaines conditions de charge est dévié par le by-pass directement vers la turbine avec les gaz d'échappement.
Lorsqu'une soupape de sûreté est prévue comme décrit ci-dessus, elle s'ouvre automatiquement en outre pour laisser fuir les gaz d'échappement directement dans l'atmosphère quand la pression des gaz d'échappement dépasse la pression d'admission tandis que, lorsqu'il est prévu en outre une prise d'air automatique comme décrit ci-dessus, celle-ci s'ouvre pour aspirer de l'air dans le ou les collecteurs d'admission d'air directement de l'atmosphère dans des conditions telles que le turbo-compresseur ne peut maintenir une pression de suralimentation.
Une forme de groupe moteur suivant l'invention est représentée schématiquement à titre d'exemple sur la figure 1 des dessins annexés tandis que la figure 2 représente une courbe typique pression de suralimentation-vitesse d'un tel moteur.
Dans la forme de réalisation du groupe moteur représenté sùr la figure 1, le groupe moteur comprend un moteur à combustion interne du type à injection de combustible liquide èt allumage par compression ayant quatre cylindres désignés par A, dont les lumières d'échappement Al sont en communication avec un passage ou collecteur d'échappement B tandis que les lumiéres d'admission A2 sont en communication avec un passage ou collecteur d'admission C.
Le combustible est introduit dans les cylindres A d'une manière normale par des systèmes d'injection alimentés de combustible par des conduites d'alimentation de combustible D venant d'une pompe d'injection de combustible Dl du type ordinaire. L'arbre D2 de la pompe d'injection Dl est entraîné à la moitié de la vitesse du moteur par une chaîne E reliant une roue dentée El montée sur l'arbre D2 à une roue dentée E2 montée sur le vilebrequin A du moteur.
Un régulateur centrifuge F entraîné par l'arbre D2 de la pompe à combustible agit par l'intermédiaire d'un mécanisme désigné par Fl sur la crémaillère de commande ordinaire F2 ou un système dé commande analogue de la pompe à combustible Dl qui détermine la quantité dé combustible fournie par la pompe à chaque cycle du moteur.
Le régulateur F est construit et monté de manière à réduire progressivement la quantité de combustible fournie par la pompe de combustible Dl à chaque cycle du moteur lorsque- la vitesse du moteur augmente au delà du quart de la vitesse maximum, par exemple, c'est-àdire, dans un exemple typique, à partir d'une vitesse d'environ 500 t/m. La conduite d'échappement B est disposée de manière à conduire les gaz d'échappement des cylindres A à une turbine G dont le rotor Gl est relié par un arbre G2 à un compresseur centrifuge de suralimentation H disposé de manière à aspirer de l'air dans l'atmosphère et le refouler dans le collecteur d'admission G.
Un by-pass J2 disposé entre le collecteur d'admission C et le col- lecteur d'échappement B est commandé par un clapet de non retour J pourvu d'un léger ressort J1 tendant à le maintenir fermé, ce clapet de non retour J étant
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formé et placé de manière à empcher les gaz d'échappement de passer du col- lecteur d'échappement B dans le collecteur d'admission C mais à permettre à l'air de passer du collecteur d'admission C dans le ,collecteur d'échappement
B lorsque la pression dans le collecteur d'admission est légèrement supérieur- re à la pression dans le collecteur d'échappement B.
Le clapet J constitue donc une valve de by-pass permettant à l'air du collecteur d'admission C de contourner le moteur A et de pénétrer dans la conduite d'échappement B lorsque la pression dans le collecteur d'admission C est sensiblement supérieure à la pression daisle collecteur d'échappement B.
Un orifice de décharge Bl prévu aussi dans le collecteur d'échap- pement B est commandé par une soupape de décharge K dont l'ouverture est pro- voquée par un diaphragme Kl dont une face est soumise à la pression d'un pas- sage de sortie G2 dans lequel passe l'échappement de la turbine G (c'est-à-di- re approximativement la pression atmosphérique) tandis que l'autre face est soumise grâce à une conduite K2, à la pression de collecteur d'admission C.
La soupape K est elle-même soumise à la pression du collecteur d'é- chappement B sur une face et à la pression du passage d'échappement G2 sur l'au- tre face et la disposition est telle que la soupape K s'ouvre dès que la pres- sion dans le collecteur d'échappement B dépasse sensiblement la pression dans le collecteur d'admission C de manière à permettre alors aux gaz d'échappement de passer directement du collecteur d'échappement B dans le passage de sortie G2.
En outre, un simple clapet de non retour L commande un orifice d'admission d'air atmosphérique L1 débouchant dans le collecteur d'admission C de manière à permettre d'aspirer de l'air atmosphérique dans ce collecteur lorsque la pression qui y règne tombe sensiblement en dessous de la pression atmosphérique tandis qu'une soupape de sûreté M commande un orifice d'échappement Ml dans le collecteur d'échappement B' de manière à laisser fuir les gaz d'échappement lorsque la pression dans le collecteur d'échappement dépasse une certaine valeur prédéterminée au-dessus du maximum qu'on désire maintenir dans les collecteurs d'admission C et l'échappement B, par exemple une pression de 13 lbs par pouce carré (0,9 kg/cm2)
lorsque la pression maximum normale en service dans les collecteurs d'admission et d'échappement est de 10 lbs par pouce carré (0,7 kg/cm2).
Dans un cas préféré, le turbo compresseur H est congu pour faire passer la quantité maximum possible d'air compatible avec le maintien de la pression dans le collecteur d'admission C égale à celle dans le collecteur d'échappement B et à la valeur maximum,- par exemple dans le cas de la figure 2 à environ 10 lbs par pouce carré (0,7 kg/cm2) et avec un surplus considérable d'air disponible lorsque le moteur fonctionne avec le maximum d'injection de combustible, c'est-àdire à la vitesse maximum choisie au-dessus de laquelle le régulateur F entre en action pour réduire la quantité de combustible fournie par cycle, par exemple une vitesse de 500 t/m, comme le montre la figure 2.
Dans ces conditions, le moteur consomme la proportion de l'air total disponible à la sortie du compresseur H qui est nécessaire pour maintenir le fonctionnement, par exemple environ 45% du total de l'air disponible le surplus d'air passant par la valve J et la conduite J2 dans la conduite d'échappement B et ensuite, avec les gaz d'échappement, dans la turbine G.
Lorsque la vitesse du moteur s'élève au delà de la vitesse choisie, par exemple 500 t/m, la proportion d'air total disponible que le moteur consomme augmente jusqu'à une certaine vitesse plus élevée, par exemple 1.200 t/m, où il consomme tout l'air disponible à la pression choisie d'environ 10 lbs par pouce carré (0,7 kg/cm2) et par conséquent il n'y a plus d'air qui passe par la valve de by-pass J et la conduite J2.
Au-dessus de cette limite de vitesse, le volume des gaz d'échappement du moteur tend à dépasser ce que la turbine G peut absorber avec le compresseur H maintenant une pression de 10 lbs par pouce carré (0,7 kg/cm) et il en résulte que la pression dans le collecteur d'échappement B tend à
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s'élever par rapport à la pression du compresseur dans le collecteur d'admis- sion C et la valve de décharge K s'ouvre donc de la quantité nécessaire pour empêcher cette élévation. Lorsque la vitesse du moteur continue à croître, la pression du compresseur dans le collecteur d'admission C tombe comme l'in- dique la figure 2 jusqu'à ce que, pour une vitesse comprise par exemple entre 1.300 et 1.400 t/m dans l'exemple considéré, elle soit nulle.
Lorsque la vitesse du moteur continue à croître, si le clapet automatique d'admission L n'existait pas, la pression dans le collecteur d'admission C serait sensiblement réduite car le moteur essaye d'aspirer plus d'air que le compresseur H ne peut en fournir, mais si le clapet automatique d'admission L existe, il s'ouvre dans ces conditions et il permet l'aspiration de l'air directement dans l'atmosphère pour compléter la fourniture du compresseur H et maintenir la pression dans le collecteur d'aomission C au voisinage de la pression at- mosphérique .
On comprendra que les valves J, K, L et M associées aux collecteurs d'admission et d'échappement du groupe moteur sont de préférence pourvues d'une manière connue de dàshpots ou d'autres systèmes d'amortissement pour réduire le battement dû. aux pulsations dans ces collecteurs.
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