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La présente invention a pour objet un procédé pour alimenter d'air des moteurs Diesel, plus particulièrement des moteurs Diesel à deux temps, par un turbo-compresseur actionné par les gaz d'échappement du mo- teur, ainsi qu'un dispositif approprié à l'exécution du procédé.
La principale difficulté rencontrée lors de l'utilisation des groupes turbo-compresseurs actionnés par les gaz d'échappement pour alimenter d'air les moteurs Diesel à deux temps provient dû fait que la température des gaz d'échappement de ces moteurs est relativement basse, et que le potentiel thermique disponible n'est en conséquence pas suffisant, en particulier aux régimes-: de charges partielles du moteur, pour faire face à la puissance absorbée par le compresseur, (ou égard au débit d'air demandé pour un balayage efficace des cylindres du moteur.
Il en résulte que les groupes turbo-compresseurs actionnés par des gaz d'échappement qui ont déjà été utilisés sur des moteurs Diesel à deux temps, n'ont en général pu être employés d'une façon satisfaisante qu'en parallèle ou en série avec des soufflantes de balayage d'un type quelconque, ou encore en les superposant à un dispositif de balayage basé sur l'aspiration d'air par les gaz d'échappement.
Dans l'un ou dans l'autre de ces genres d'utilisations connues. le rôle du turbo-compresseur est de contribuer en outre à la suralimentation du moteur, c'est-à-dire de fournir un appoint au volume d'air débité par le dispositif de balayage ordinaire et de permettre un accroissement de puissance du moteur Diesel.
Le procédé suivant la présente invention permet de fournir aux moteurs Diesel à deux temps la totalité de l'air nécessaire au balayage et à la suralimentation au moyen du turbo-compresseur seul, actionné par les gaz d'échappement du moteur. A cet effet, suivant l'invention, on utilise l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement pour faire bruler dans c eux-ci en amont de la turbine du turbo-compresseur, une quantité de combustible d'appoint réglée de manière que la puissance de la turbine corresponde à tout moment à la puissance absorbée par le compresseur pour fournir la quantité d'air nécessaire pour alimenter le moteur Diesel.
On prévoit dans ce but, des bruleurs pour le combustible d'appoint et un dispositif d'allumage placés dans la tuyauterie d'échappement en amont de la turbine actionnée par les gaz d'échappement et un organe qui adapte la consommation de combustible d'appoint à la charge du moteur Diesel, de
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manière que la consommation de combustible d'àppôn'6 auâtîeîte "qUand Ta 'charge dû ci' àppo:Í:1t imifi1.1q,M C'is,o tkii moteurdï-,àsel aiigmente. Les brûleurs pour W1e ,com- 'iut±b-'le'--dappoïrC sont de preference places dans "une'chambre" sitûée'entre'la t:11J'6:;X!:''è1:'ÍÈt diëcha:f'pè1h\m.f}et'"WÓ:±:tè'mMltr d'entrée de la turbine d,i 'Lurbo-com- presseur.
Il est un fait que les moteurs Diesel, en particulier les moteurs à deux temps, fonctionnent avec un excès d'air important, de sorte que l'on retrouve dans les gaz d'échappement de ces moteurs une quantité relativement importante d'oxygène atmosphérique permettant d'assurer la combustion d'une quantité de combustible d'appoint suffisante pour fournir aux gaz d'échappement l'appoint de chaleur nécessaire au fonctionnement de la turbine. Cette teneur en oxygène dans les gaz d'échappement augmente rapidement à mesure que la charge du moteur Diesel diminue, du fait qu'à charge partielle du moteur la quantité de combustible injectée à chaque cylindre diminue, alors que le volume d'air admis dans le cylindre reste le même.
C'est précisément cette augmentation relative de teneur en oxygène dans les gaz d'échappement à charge partielle du moteur qui permet de brûler une quantité de carburant plus importante dans la tuyauterie d'échappement en amont de la turbine alimentée par les gaz d'échappement, et de maintenir ainsi, à charge partielle du moteur, le potentiel thermique de ces derniers au niveau nécessaire.
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On voit donc que dans une installation suivant l'invention, la quantité de combustible d'appoint injectée dans la tuyauterie d'échappement conduisant les gaz à la turbine du groupe turbo-compresseur varie en sens inverse de la quantité de combustible injectée dans la chambre de combustion des cylindres du moteur.
A la puissance maximum du moteur, correspondant au débit maximum de combustible injecté dans la chambre de combustion des cylindres du moteur;une faible quantité de combustible d'appoint, doit être injectée et brûlée dans la chambre de combustion intercalée dans la tuyauterie d'échappement en amont de la turbine, pouvant aller jusqu'à l'extinction complète, alors que la quantité de ce combustible d'appoint doit atteindre sa valeur maximum au régime du ralenti extrême du moteur, au;moment où le débit de combustible injecté dans la chambre de combustion des cylindres du moteur atteint unminimum.
Suivant un mode d'exécution de l'invention,, un dispositif pour alimenter d'air un moteur Diesel par un turbo-compresseur actionné par les gaz d'échappement du¯moteur comprend une pompe de combustible à débit variable qui alimente les bruleurs de combustible d'appoint et qui est assujettie à la pompe de combustible alimentant le moteurs Diesel.
Suivant un autre mode d'exécution de l'invention, ce dispositif comprend une pompe de combustible à pression constante qui alimente les bruleurs de combustible d'appoint, et un organe qui est assujetti à la pompe de combustible alimentant le moteur Diesel et qui adapte le nombre des brûleurs en service à la charge du moteur Diesel. Cet organe comprend avantageusement une boite à soupapes dont chacune commande un bruleur, et
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une came, assujettie à la pompe d'a1.imèn"bat#onJdurmdteur Bieseirenn combus- tible, qui augmente ou réduit le nombre de soupapes ouvertes.
Il est évident que le débit du combustible d'appoint injecté et brulé dans la chambre intercalée dans la tuyauterie d'échappement en'
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. amont de la turbine peut être adapté à la charge du moteur par.y, irS.Tfri àp- 2µ#à#bié; îÈ6datbiqitè oi-..t;cx. "rend Y1.ë:"débit de omhustible--.d'appob.t',tlérr.&--'- tizl p1*Siéu+& suivants : Le débit de la pompe d'Z..ïmentatipn,du moteur en huile combus- tible;
La température des gaz d'échappement en amont de la turbine;
La pression des gaz d'échappement en amont de la turbine ;
La pression de l'air de balayage en aval du compresseur;
La vitesse de rotation du groupe turbo-compresseur.
L'allumage du combustible d'appoint injecté dans la chambre intercalée dans la tuyauterie d'échappement du moteur en amont de la turbine;peut être assuré par une ou par plusieurs bougies d'allumage, semblables à celles utilisées pour l'allumage des moteurs à essence, cette ou ces bougies étant alimentées d'une fagon connue soit par une bobine d'induction, un rupteur et une batterie d'accumulateur d'un type quelconque} soit encore par une magnéto entrainée par le moteur, Ce dispositif d'allumage peut fonctionner d'une façon continue, ou n'enteer en action qu'au début de l'injection de carburant dans la chambre intercalée dans la tuyauterie d'échappement du moteur et cesser son action quand la combustion est amorcée.
L'avantage du procédé suivant l'invention pour l'alimentation d'air des moteurs Diesel,particulièrement des moteurs Diesel à deux temps, par rapport aux systèmes qui utilisent simultanément une soufflante de balayage et un turbo-compresseur., réside d'une part dans la suppression de la soufflante de balayage et d'autre part dans l'économie de combustible que le procédé permet de réaliser,. la quantité de combustible d'appoint
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consommée dans la chambre intercalée entre la tuyauterie d'échappement et le turbo-compresseur étant sensiblement inférieure à celle nécessitée par la soufflante de balayage.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique du dispositif d'injection de combustible d'appoint dans les gaz d'échappement d'un moteur Diessel en amont du turbo-compresseur mû par ces gaz.
La fig. 2 est une vue schématique d'un dispositif d'assujettis- sement de la pompe de combustible d'appoint de débit variable à la pompe de combustible alimentant les cylindres du moteur Diesel.
La fig. 3 est une vue schématique d'un dispositif d'alimenta- tion de combustible d'appoint au moyen d'une pompe à pression constante.
Suivant la fig, 1, les gaz d'échappement quittent le moteur
Diesel 1 par le tuyaux d'échappement 2 et 2', passent par le collecteur d'entrée 3 et actionnent la turbine 4 qui est montée de fagon connue sur l'arbre du rotor 5 du compresseur. Celui-ci aspire l'air de balayage par l'entonnoir d'entrée 6, le comprime et le refoule à travers la tuyauterie
7 dans l'admission du moteur 1. Dans la tuyauterie 7 peut être intercalé un échangeur de chaleur, non figuré sur le dessin, habituellement utilisé pour l'alimentation d'air des moteurs Diesel à deux temps par un turbo- compresseur actionné par les gaz d'échappement .
Entre les tuyaux d'échap- pement 2 et 2' et le collecteur d'entrée 3 de la turbine est placées la chambre de combustion 8 dans laquelle le combustible d'appoint injecté et pulvérisé par des brûleurs 9, est enflammé par le dispositif d'allumage 10.
La figure 2 montre schématiquement une vue du côté admission d'un moteur Diesel l,muni d'une pompe 11à débit variable . Cette pompe injecte par les conduites 12 le combustible dans les chambres de combustion des différents cylindres du moteur Diesel. Elle est entraînée en 13 soit par l'arbre du moteur Diesel par une transmission, soit par un moteur spécial qui peut par exemple être un moteur électrique. Son débit est réglé de fa- çon connue par une tringle 14 qui est actionnée du poste de commande du moteur Diesel par une tringlerie ceprésentée partiellement sur le dessin par 15.
Une seconde pompe de combustible 16 à débit variable, qui peut etre montée en tandem sur l'arbre actionnant la pompe 11 ou qui peut être entrainée par un moteur isolé, par exemple par un moteur électrique situé en 17, alimente par les conduits 18 les bruleurs 9 de la chambre 8 inter- calée entre la tuyauterie d'échappement 2 et le collecteur d'entrée 3 dans la turbine. Le débit de la pompe 16 est réglé par la tringle 19. La posi- tion de cette tringle est commandée par celle de la tringle 14 par l'entre- mise d'un levier 20 tournant sur le pivot 21.
Comme pour les deux pompes 11 et 16, un mouvement de leurs tringles de réglage 14, respectivement 19 dans une même direction, par exemple dans le sens de la flèche f', modifie leur débit dans le même sens et comme l'interposition du levier 20 a pour conséquence que l'une des tringles se déplace dans le sens de la flèche fil quand l'autre se déplace dans le sens de la flèche f', il résulte que le débit de l'une des pompes augmente quand celui de l'autre pompe diminue.
La quantité de combustible d'appoint admise aux bruleurs 9 est donc grande quand le moteur Diesel marche à charge partielle et petite quand il tra- vaille à pleine charge. Pour un rapport déterminé entre la longueur des deux bras du levier 20, le rapport du :débit des deux pompes se modifie suivant une fonction inversement linéaire, à condition que les lumières de passage du combustible dans les deux pompes se modifient linéairement lors du dé- placement conjugué des tringles.
En ayant recours à des lumières de pas- sage qui ne correspondent pas à cette condition, on obtiendrait un rapport de débit des deux pompes:qui n'obéit plus à une fonction linéaire, ce qui permettrait de réaliser un débit de combustible d'appoint relativement plus
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grand à charge partielle.du moteur Diesel et relativement plus petit à pleine charge de celui-ci que le débit qui correspond à la fonction inversement linéaire choisie.
Toutefois, les lumières de passage des pompes devraient être usinées avec de très petites tolérances, et il est préférable d'atteindre le même effet par une modification du rapport entre la longueur des deux bras du levier 20 pendant le déplacement longitudinal de la tringle 14, par exemple en obligeant le pivot 21 de se déplacer simultanément dans une boutonnière longitudinale pratiquée dans le levier 20. Il est évident que le mode d'assujettissement décrit des deux pompes peut être remplacé par un autre moyen mécanique équivalent, en faisant par exemple intervenir des tringles en combinaison avec des leviers, des cames, des roues ou des segments de roues dentées etc.
La fig. 3 se :rapporte à un mode d'exécution dans lequel la pression du combustible d'appoint injecté par les brûleurs 9 dans la chambre de combustion 8 reste constante, quel que soit le débit du combustible. Le combustible d'appointjaspiré du réservoir 23 par la pompe 22 à débit non réglable (sauf par modification de la vitesse de rotation) est refoulé à travers la valve de réglage et de limitation de pression 24 vers une chambre 25. Celle-ci contient des soupapes 26 en un nombre qui correspond à celui des brûleurs 9 dont est pourvue la chambre de combustion 8.
Comme le débit de combustible d'appoint est réglé suivant le nombre de bruleurs mis en service, ce mode de réglage ne devient interressant que si le nombre de brûleurs et par conséquent celui des soupapes 26;est relativement considérable, compris par exemple entre 4 et 20; La figure 3 ne comporte que les deux soupapes 26' et 26", nécessaires pour exposer le principe, Celles-ci sont raccordées par lez conduites 18' et 18" aux bruleurs 9' et 9" . Le combustible d'appoint est mis par la pompe 22 sous une pression telle que... lorsque tous les bruleurs sont en service, ils travaillent dans les meilleures conditions, notamment en ce qui concerne la pulvérisation du combustible .
Quand le régime auquel travaille le moteur Diesel oblige d'arrêter l'alimentation de l'un ou de plusieurs brûleurs en fermant les soupapes 26 correspondantes, la pression régnant dans la chambre 25 et dans les conduites 18 des brûleurs restant en service est trop haute et doit être,réduite afin de rétablir les conditions de fonctionnement choisies comme normales
Le réglage est effectué automatiquement par la valve 24. Celleci contient un piston 27 sur lequel le ressort 28, dont la tension est réglée par la vis 29. Une vis 30 limite la course du piston pour l'empêcher d'interrompre par son déplacement la communication entre l'espace 31 et la conduite 32 qui raccorde celui-ci à la chambre 25. Le piston est tenu en équilibre par la pression qui,régne dans l'espace 31 et la pression exercée par le ressort 28.
Quand la pression dans l'espace 31 augmente à la suite de la fermeture de soupapes 26, le piston est déplacé vers la vis 29, et, de ce fait ouvre plus ou moins l'accés à la fenêtre latérale 33, dans laquelle le combustible peut pénetrer et passer par la conduite de décharge 34 dans le réservoir 23 jusqu'à ce que la pression choisie comme normale soit rétablie dans la partie du dispositif située en aval de l'espace 31. La valve 24 sert donc à faire passer à pression constante le combustible d'appoint nécessaire aux brûleurs en service par la conduite 32 vers la chambre 25 et à évacuer le combustible destiné aux brûleurs arrêtés par la conduite de décharge 34 dans le réservoir 23.
Les soupapes 26 sont tenues fermées par les ressorts 35. Elles portent au bout de leur tige un galet 36 qui est situé près de la surface plane d'une tringle 37 quand la soupape est fermée (voir 26"). Pour ouvrir la soupape on fait buter le galet 36 contre la came 38 solidaire de la tringle 37, ce qui comprime le ressort 35, soulève le plateau de la soupape de son siège et établit la communication entre la chambre 25 et la conduite 18 correspondante. Le combustible d'appoint peut arriver au bruleur respectif et s'enflamme après pulvérisation à l'étincelle de la bougie 10 ou à la flamme d'un bruleur en service .(Voir 26',18' et 9').
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La tringle 37 se déplace -,longitudinalement dans le sens des flè- ches f' et f" et à cette occasion la came 38 ouvre ou ferme la totalité ou une partie des soupapes 26. Elle.:. est assujettie au régime du moteur Diesel d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus pour la tringle 19 (fig.2) mais elle pourrait aussi être montée en ligne avec la tringle 14 (fig. 2). qui règle le débit de la pompe d'injection de combustible dans les cylin- dres du moteur,
L'assujettissement du dispositif représenté sur la figure 3 au régime du moteur Diesel peut se faire suivant un programme fixé d'avance selon une fonction inversement linéaire ou non linéaire.
En vue d'augmenter de manière spéciale le débit du combustible d'appoint quand la charge du moteur est petite, on peut faire usage de soupapes 26 dont la section de passage augmente successivement avec le nombre de brûleurs mis en service; en adaptant la capacité de ces derniers au débit de la soupape correspon- dante mais on peut aussi alimenter les bruleurs par des soupapes à débit identique et brancher deux ou plusieurs soupapes à action simultanée sur des bruleurs de grande capacité qui entrent en service seulement après tous les autres, ou encore.. ouvrir en même temps plusieurs soupapes alimentant chacune un brûleur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécu- tion qui ont été décrites et représentées à titre d'exemple et on ne sorti- rait pas de son cadre en y apportant des modifications notamment en l'ap- pliquant à des moteurs Diesel à quatre temps si des conditions particu- lières le rendaient souhaitable.
REVEND ICATIONS.
1.- Procédé pour alimenter d'air un moteur Diesel, plus parti- culièrement un moteur Diesel à deux temps, par un turbo-compresseur actionné par les gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce que l'on utilise l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement pour faire brûler dans ceux- ci en amont de la turbine du turbo-compresseur, une quantité de combustible d'appoint réglée de manière que la puissance de la turbine corresponde . à tout moment à la puissance absorbée par le compresseur pour fournir la quantité d'air nécessaire pour alimenter le moteur Diesel.