Groupe moteur La présente invention a pour objet un groupe moteur comprenant un moteur à combustion interne à piston et une turbine entraînée par les gaz d'échap pement du moteur accouplée à un compresseur d'ali mentation du moteur en air de combustion, un méca nisme de transmission disposé entre les rotors accou plés du groupe turbine-compresseur et le vilebrequin du moteur, ce mécanisme comprenant un accouple ment débrayable capable de transmettre la puis sance dans les deux sens, au moins une chambre de combustion auxiliaire disposée dans au moins un conduit d'échappement du moteur en amont de la turbine, et des moyens pour injecter du combustible dans cette chambre auxiliaire.
Le groupe moteur faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif sen sible à la vitesse du groupe turbine-compresseur capable de commander automatiquement l'embrayage et le débrayage de l'accouplement de manière que ce dernier soit débrayé aux faibles vitesses de la tur bine et embrayé aux vitesses supérieures, afin qu'au démarrage le groupe turbine-compresseur puisse fonctionner comme un groupe à turbine à gaz auto- entretenu.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du groupe moteur selon l'invention.
Les fig. 1(A) et 1(B) montrent schématique ment les organes de commande de cette forme d'exé cution.
La fig. 2 est un diagramme explicatif.
La fig. 3 montre, partie en coupe l'ensemble de cette forme d'exécution.
Le groupe moteur représenté comprend un mo teur à combustion interne 50 (fig. 3) à allumage par compression, à deux temps et à plusieurs vilebre quins, comprenant trois vilebrequins dont les axes forment les arêtes d'un prisme triangulaire équilaté ral, et présentant une rangée de cylindres s'éten- dânt entre chaque paire de vilebrequins adjacents.
Deux seulement de ces vilebrequins, 51 et 52, sont visibles à la fig. 3. Les trois vilebrequins sont connectés les uns aux autres par un train d'engrena ges 53, et un pignon de sortie commun. 54, de ce train est connecté par un train inverseur de marche logé dans une boîte 55, et comprenant un dispositif d'embrayage 56,à un arbre moteur principal 57.
Chaque cylindre contient deux pistons 58, 59 con nectés respectivement aux deux vilebrequins 51, 52 adjacents et commandant respectivement des lumiè res d'entrée et de sortie 60, 61 dans, les parois du cylindre. Un compresseur à courant axial 62 à éta ges multiples est disposé dans l'espace de section triangulaire compris entre les trois rangées de cylin dres. L'entrée 63 du compresseur est en communi- cation avec l'atmosphère, tandis que son conduit de refoulement 64 est relié aux lumières d'entrée 60 des cylindres, du moteur.
Le rotor 65 de ce compresseur est connecté directement à un rotor 66 d'une turbine 67, le con duit d'entrée 68 de la turbine étant connecté à une chambre de combustion auxiliaire 6, munie d'injec- teurs de combustible, dans laquelle débouchent les conduits d'échappement 69 reliés aux lumières de sortie 61 des cylindres.
Il pourrait y avoir plusieurs chambres de combustion auxiliaires. Des conduits de dérivation 71 commandés par des soupapes de déri vation 72 relient le conduit de refoulement 64 du compresseur et les conduits d'échappement 69 du moteur, en amont de la chambre de combustion 6.
Les rotors accouplés 65, 66 du groupe turbine compresseur sont reliés par un mécanisme de trans mission comprenant les engrenages 73, 74, un accou- plement hydrodynamique réglable 75 et un arbre creux 75', au train d'engrenages 53. L'accouplement 75 est pourvu de moyens permettant de faire varier 1a quantité de liquide qu'il contient pour faire varier le degré de glissement de l'accouplement.
Un régulateur hydraulique 1 commande la vitesse du moteur en réglant, au moyen d'un arbre 2, les crémaillères de pompes à injection de combustible du moteur. Ce régulateur hydraulique comprend une pompe 3 entraînée par le moteur par l'intermédiaire du train d'engrenages 53 et fournissant une pression hydraulique dépendant de la vitesse du moteur. Un tel régulateur - a été décrit, par exemple, dans le brevet Nt, 316902.
Deux régulateurs 4 et 5 sont entraînés par le groupe turbine-compresseur.
Le combustible est envoyé aux injecteurs de la chambre de combustion auxiliaire 6 par un appareil d'alimentation et de dosage 8, relié aux injecteurs par la conduite 7 et comprenant une pompe d'ali- mentation 9 à débit variable entraînée continuelle- ment et présentant un mécanisme de commande automatique qui maintient constamment, une chute de pression donnée entre l'amont et l'aval d'un dis positif d'étranglement,
l'aire effective de l'orifice 10 de ce dispositif étant modifiée pour commander la quantité de combustible envoyée à travers le con duit 7 à la chambre de combustion auxiliaire 6.
Une pompe 81 amène le combustible d'un réser voir 80 à la pompe 9 par un conduit 82, et ce com bustible sort de la pompe 9 par un conduit 83. L'aire effective de l'orifice d'étranglement 10 est com mandée par deux manchons 11 et 12 pouvant être actionnés. indépendamment.
Le manchon 11 est com mandé par l'intermédiaire d'une tringlerie 13, par un piston 14 d'un servomoteur hydraulique 15 dont le tiroir de commande 16 est commandé par un dia phragme 17 soumis à des pressions, transmises par des conduits 84, 85 dépendant de la pression engen drée par la pompe 3 et, par là, sensible à la vitesse du moteur.
La pression engendrée par la pompe 3 agissant sur le diaphragme 17, est compensée par un ressort 18 dont la force effective varie suivant la position d'une came 19 reliée par un levier 20 à la tige du piston 14, de sorte que pour chaque pression dans le tuyau de refoulement de la pompe 3, c'est-à-dire pour chaque vitesse du moteur à com bustion interne, il existe une position déterminée du piston 14 et, par là, du manchon 11.
Ainsi, pour chaque vitesse du moteur à combustion interne, il existe un débit déterminé correspondant de l'alimen tation en combustible de la chambre de combustion auxiliaire 6, en supposant que le manchon 12 reste fixe.
Le manchon 12 reste normalement, dans la posi tion représentée, mais il est commandé par un piston 21 d'un servomoteur hydraulique dont le tiroir de commande 22 est actionné par le régulateur 5. La disposition est telle que le piston 21 reste dans une position donnée normale à moins que la vitesse du groupe turbine-compresseur entraînant le régula teur 5 tombe à une valeur approchant de sa vitesse d'auto-entretien minimum.
Le régulateur 5 déplace alors le tiroir 23 pour produire le mouvement du pis ton 21 pour déplacer le manchon 12 dans le sens d'une augmentation de l'alimentation en combustible de la chambre de combustion auxiliaire 6.
La turbine et le compresseur qu'elle entraîne forment avec la chambre de combustion auxiliaire (à laquelle de l'air est envoyé directement ou indirec- tement par le compresseur) un groupe à turbine à gaz qui peut fonctionner même si le moteur à pis ton ne fonctionne pas.
Quand ce moteur fonctionne il est évident qu'il existe deux conditions de fonc tionnement: 1) la turbine est entraînée seulement par les gaz d'échappement du moteur, sans injec tion de combustible supplémentaire dans la chambre de combustion auxiliaire, et 2) du combustible est injecté dans la chambre de combustion auxiliaire pour brûler dans le surplus d'air contenu dans les gaz d'échappement, de sorte que la turbine est entre tenue partiellement par la combustion de ce combus tible.
Un dispositif 23 de commande d'allumage est intercalé dans la conduite 7 et comprend un piston 24 soumis, à l'action d'un ressort de compression 2.5 qui, lorsque du combustible ne passe pas dans la conduite 7, maintient le piston dans une position où il ferme la communication entre les deux parties de la conduite 7 sur les deux côtés du dispositif 23. Chaque fois que du combustible est envoyé à tra vers la conduite 7, cependant, le piston 24 est forcé vers le bas de manière à établir la communication entre ces deux parties de la conduite 7 et, aussi, à fermer un interrupteur qui excite, par des conduc teurs 26, une bougie 86 montée dans la chambre de combustion 6.
Le piston 25 agit aussi comme une soupape pour empêcher le retour des gaz d'échappe ment à travers la chambre de combustion et pour éviter des fuites, quand l'alimentation à travers la conduite 7 est coupée.
Un dispositif 28 sensible à la température est monté dans, le conduit 68 à travers lequel les pro duits de la combustion sont envoyés à la turbine. Ce dispositif 28 est agencé pour commander un inter rupteur électrique 29 qui a deux fonctions, à savoir interrompre l'alimentation de la bougie 86 quand la température atteint une valeur indiquant que le combustible est injecté dans la chambre de combus tion 6 et qu'il s'est enflammé, et, à une tempéra ture considérablement plus élevée, assurer l'arrêt complet de toute injection de combustible dans la chambre 6 si la température excède une certaine valeur maximum déterminée,
considérée comme la température de sécurité maximum à l'entrée de la turbine.
Le régulateur 4 commande le tiroir de commande 30 d'un servomoteur hydraulique dont le piston 31 commande, par une tringlerie 32 et une soupape 33, le remplissage de l'accouplement hydrodynamique 75.
Ce régulateur 4 est en outre influencé par la tension de son ressort 34 qui varie en fonction de la position d'une came 35 connectée par une tige 87 au piston 14, de sorte que le fonctionnement du tiroir 30 et, par là, du piston 31 sous l'action du régulateur 4 est en accord avec la relation existant entre la vitesse des rotors accouplés du groupe tur- bine-compresseur et la vitesse du moteur à combus tion interne.
Le régulateur 5 commande également un contact électrique 36, de façon que si la vitesse du groupe turbine-compresseur dépasse la vitesse maximum déterminée admise comme vitesse de sécurité, il ferme un circuit dont la fermeture provoque l'arrêt complet de l'alimentation en combustible.
Le groupe moteur comprend un démarreur élec trique 90 au moyen duquel, quand l'accouplement hydrodynamique 75 est vide, le groupe turbine-com- presseur peut être amené à sa vitesse de démarrage, pour être maintenu ensuite en fonctionnement à une vitesse d'auto-entretien par injection de combustible, dans la chambre de combustion 6, afin qu'il tourne à la manière d'un groupe à turbine à gaz auto entretenu.
Il tourne ainsi de cette manière jusqu'à une vitesse à laquelle il développe un surplus de puissance, et l'accouplement hydrodynamique 75 est alors progressivement rempli de liquide fourni par un réservoir 37 dans lequel le liquide a été préala blement mis sous pression par une pompe 38. De cette manière, la puissance fournie par le groupe turbine-compresseur commence à faire tourner les vilebrequins du moteur à combustion interne, pour mettre ce dernier en marche. Le groupe moteur est ainsi mis en marche.
A ce sujet on peut noter que l'air fourni au moteur par le compresseeur 62 est à une température notable, ce qui facilite le démarrage du moteur à combustion interne, même si son taux de compression est tel que, s'il recevait de l'air froid, la température d'auto-allumage ne serait pas atteinte dans les chambres de combustion des cylindres.
Le fait que dans le groupe moteur décrit le taux de compression du compresseur 62 est largement indépendant du régime du moteur à combustion interne, facilite aussi la marche à vide dudit moteur en permettant à l'air d'alimentation du moteur d'être maintenu en tout temps à une pression et une tem pérature qui assurent un auto-allumage satisfaisant.
Pendant le processus de démarrage décrit ci-des sus, il pourra être nécessaire ou avantageux d'ouvrir les soupapes de dérivation 72 dans les conduits 71 qui relient le conduit de refoulement 64 du com presseur aux conduits d'échappement 69 du moteur, afin de permettre à une quantité d'air suffisante de parvenir à la chambre de combustion 6. A cet effet, les soupapes 72 sont connectées mécaniquement à un levier de démarrage manuel 88 qui actionne aussi une soupape 89 dans la conduite d'alimentation en liquide de l'accouplement 75.
Toutefois si le moteur à deux temps du groupe décrit a un nombre suffisant de cylindres, le chevauchement des lumières peut être tel qu'il permette un écoulement d'air à travers le moteur lui-même quand il est au repos, pour permettre la mise en marche du groupe turbine-com- presseur et son fonctionnement comme un groupe à turbine à gaz, à une vitesse qui assure une puissance suffisante pour faire démarrer le moteur de la ma nière indiquée ci-dessus sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un conduit de dérivation.
Dans tous les cas, l'écoulement de l'air chaud provenant du compres seur à travers, un ou plusieurs cylindres du moteur pendant la période de démarrage, facilitera sa mise en marche subséquente grâce à l'échauffement des cylindres.
Le diagramme représenté à la fig. 2 donne la vitesse du groupe turbine-compresseur en tours/min, en ordonnée, en fonction de la vitesse du moteur à combustion intérne en tours/min, en abscisse. Ce diagramme montre une série de régimes qui peuvent être obtenus pour les. différentes zones de vitesses du moteur à combustion interne du groupe moteur décrit.
On suppose que le groupe moteur décrit, qui peut être destiné à la propulsion d'un navire par exemple, présente trois zones de fonctionnement, chacune correspondant à une zone de vitesses du moteur à combustion interne. Dans.
la zone 1, dans laquelle la vitesse du moteur est comprise entre 0 et 1200 tours/min, le régulateur 4 occupe une position telle qu'il maintient l'accouplement hydrodynamique 75 à l'état débrayé, tandis que, en supposant que le moteur fonctionne sous un couple constant, l'alimen- tation de combustible de la chambre de combustion 6 est maintenue par le manchon 11 sous la com mande du servomoteur 15 à une valeur telle qu'elle maintient le groupe turbine-compresseur à la vitesse appropriée,
par exemple celle représentée par la ligne G'G ou la ligne DE. Si, lors du fonctionnement dans cette zone, l'alimentation en combustible du moteur à combustion interne est réduite à tel point qu'à la vitesse dudit moteur, l'énergie disponible des gaz d'échappement du moteur, augmentée par l'alimenta tion en combustible de la chambre de combustion 6 maintenue par le manchon 11,
devient insuffisante pour maintenir le groupe turbine-compresseur à une vitesse supérieure à sa vitesse d'auto-entretien, le régulateur 5 entre alors en fonction pour produire une augmentation de l'alimentation en combustible de la chambre de combustion 6 et empêcher ainsi le groupe turbine-compresseur de tomber au-dessous de sa vitesse d'auto--entretien. L'alimentation en combustible de la chambre de combustion 6 main tient alors le groupe turbine-compresseur à une vitesse qui se trouve comprise théoriquement dans la bande 1310,
mais qui se trouve réellement dans la bande BC par suite de l'accélération du régulateur du moteur à combustion interne. Dans la zone 2, comprenant les vitesses. du moteur de 1200 à 1800 tours/min, l'alimentation en combustible de la cham bre de combustion 6 est coupée, puisqu'en marche normale, les gaz d'échappement provenant du mo- Leur à combustion interne ont une énergie suffisante pour maintenir le groupe turbine-compresseur à la vitesse nécessaire pour envoyer la quantité d'air ap propriée au moteur à combustion interne.
Dans cette zone cependant, si, pour une raison quelconque, le couple et, par là, l'alimentation en combustible du moteur à combustion interne, tombent à une valeur où la vitesse du groupe turbine-compresseur appro che de sa vitesse d'auto-entretien minimum, le régu lateur 5 entra en fonction pour assurer une alimenta tion en combustible de la chambre de combustion 6, comme indiqué par la ligne MILK,
et le groupe tur- bine-compresseur fonctionne dans le domaine de vitesse LK jusqu'à une augmentation de l'alimenta- tion en combustible du moteur à combustion in terne qui l'élève au-dessus de ce domaine. Pendant le fonctionnement dans la zone 2, l'accouplement hydrodynamique 75 est progressivement rempli, d'où il résulte une augmentation de la vitesse du moteur à combustion interne, d'une manière dépendant de la relation qui existe entre la vitesse du moteur - et celle du rotor du groupe turbine-compresseur,
sous la commande du régulateur 4.
Pendant le fonctionnement dans la zone 3, quand le moteur à combustion interne a une vitesse com prise entre 1800 et 2000 tours/min, l'accouplement hydrodynamique 75 est en plein fonctionnement et l'alimentation en combustible de la chambre de com bustion 6 est complètement coupée, la relation entre la vitesse du moteur à combustion interne et celle du groupe turbine-compresseur étant alors prati quement fixée et approximativement comprise dans la bande J.
Dans une variante, le dispositif 23 de com mande automatique de l'allumage peut être sup primé, et une dérivation peut être disposée pour amener constamment une quantité de combustible à la chambre de combustion 6, qui est suffisante pour maintenir la combustion dans cette chambre, dans toutes les conditions de fonctionnement. La bougie 86 elle-même peut être encore maintenue pour l'al lumage initial quand le groupe est mis en marche.