CH412471A - Internal combustion engine powered by a compressor driven by a centripetal exhaust gas turbine - Google Patents

Internal combustion engine powered by a compressor driven by a centripetal exhaust gas turbine

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CH412471A
CH412471A CH1075061A CH1075061A CH412471A CH 412471 A CH412471 A CH 412471A CH 1075061 A CH1075061 A CH 1075061A CH 1075061 A CH1075061 A CH 1075061A CH 412471 A CH412471 A CH 412471A
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CH
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air
flow
centripetal
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CH1075061A
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Birmann Rudolf
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Birmann Rudolf
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Description

  

  Moteur à combustion interne alimenté par un compresseur       entraîné    par une turbine à gaz d'échappement     centripète       L'invention a pour objet un moteur à     combustion     interne alimenté par un compresseur entraîné par  une turbine à gaz d'échappement centripète, carac  térisé par des aubes de guidage réglables disposées  à l'entrée du compresseur pour régler la composante  de tourbillon de l'air s'approchant des aubes mobiles  du compresseur.  



  L'invention permet d'augmenter la gamme des  vitesses pour lesquelles le moteur fonctionne de  manière satisfaisante, et notamment permet     d7amélio-          rer    les caractéristiques     d'accélération.     



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution du moteur faisant l'objet de  l'invention.  



  La     fig.    1 est une coupe axiale à travers le turbo  compresseur de ce moteur destiné en particulier à la  propulsion d'automobiles.  



  La     fig.    2 est une vue composée dont la partie  de droite est une coupe     .radiale    par la ligne 2-2 de  la     fig.    1, tandis que la partie de gauche est une vue  en bout depuis l'extrémité gauche de la     fig.    1.  



  La     fig.    3 est une vue en élévation de l'extrémité  droite de la     fig.    1 avec une coupe par la     ligne    3-3  de celle-ci.  



  La     fig.    4 est une vue en élévation du côté  d'entrée de la roue à aubes du compresseur repré  sentée à la     fig.    1.  



  La     fig.    5 est une vue partielle montrant un déve  loppement d'une projection de la roue sur un cylin  dre     coaxial    à celle-ci.  



  La     fig.    6 est une vue     schématique    illustrant les  éléments de commande de cette forme d'exécution  du moteur.  



       Le    turbocompresseur représenté aux     fig.    1 à 3  comprend une partie rigide formée par deux mou-         lages    en aluminium, l'un désigné en 2 comportant  une enveloppe 4 du palier de gauche et l'autre étant  désigné en 6 et ayant, venue de fabrication avec elle,  une enveloppe 8 du palier de droite. La partie 6 a  la forme générale d'un croisillon fixé à la partie 2  par des boulons 10. Un cylindre métallique 12 com  porte une     bride    annulaire 16 serrée entre les parties  2 et 6 et supporte un organe     annulaire        métallique     14 qui est maintenu en position par des vis 18.

   Le       cylindre    12 est serré sur une matière de     remplissage     20 en céramique dans laquelle est retenu (par une  cheville non représentée) un bouchon de remplissage  en céramique 22, ces deux éléments en une matière  réfractaire étant séparés simplement pour faciliter  l'assemblage. La     céramique    20 fournit un espace de  tourbillon 24 sans aube, pour l'amenée de gaz d'en  traînement provenant du moteur E à     l'aubage    de  turbine, cet espace comportant, comme     indiqué    en  particulier à la     fig.    3, des tuyères 26 pour diriger  les gaz d'entraînement dans l'espace 24 à une vitesse  élevée     dans    une direction tangentielle.

   Le cylindre 12  est muni d'ouvertures 28 alignées sur les entrées des  tuyères 26, le collecteur d'échappement 30 du moteur  étant fixé au cylindre.  



  La matière de remplissage 20 et l'organe 14 for  ment entre eux un diffuseur annulaire 32 sans aube  pour les gaz échappés de la turbine. Le     diffuseur    four  nit aux gaz une composante d'écoulement dirigée       radialement    vers l'extérieur et refoule ces gaz à tra  vers un conduit 34 qui peut les amener à un point  d'échappement désiré.  



  Un organe de remplissage 36     sert    en partie à       délimiter    les passages d'air et est     fixé    dans la pièce  moulée 2. Cet organe de     remplissage    36 est en une  matière plastique résistant à la chaleur. La matière      plastique peut être     utilisée        ici    pour des     raisons    de  légèreté et grâce au fait que les températures de l'air  ne dépassent pas 1900, une très bonne isolation étant       réalisée    entre la turbine et le compresseur par les  matières céramiques 20 et 22.

   L'organe de remplis  sage 36 conjointement avec les surfaces adjacentes  en céramique fournit un diffuseur 38 sans aube  s'étendant     radialement,    à partir duquel l'air comprimé  est déchargé dans une spirale 39 d'où il est amené  à travers une conduite 40 au collecteur d'entrée du  moteur E. Ce     diffuseur    présente un rapport du dia  mètre de sortie (à son point de refoulement dans la  spirale 39) au diamètre d'entrée (au point de refou  lement de l'air à la périphérie de la roue du com  presseur) égal à au moins 2.  



       Le    passage d'écoulement tourbillonnaire 42 est  prévu entre la pièce 2 et l'organe de remplissage 36,  ce passage étant destiné à l'air s'approchant de la  roue du compresseur, et l'écoulement se faisant     radia-          lement    vers l'intérieur à     partir    d'une entrée annulaire  44     ouverte    à l'atmosphère ou à un filtre d'air et étant  dévié     axialement    pour pénétrer dans     l'aubage    du  compresseur. Des aubes 46 sont situées dans le pas  sage 42 et sont réglables     angulairement    pour impartir  un tourbillon à l'air entrant.

   Ces aubes sont portées  par des arbres individuels 48     tourillonnés    dans la  pièce 2, chaque arbre portant à son extrémité exté  rieure un pignon 50 sur lequel passe une chaîne 52  destinée à l'entraînement simultané de tous les arbres.  L'un de ces pignons est muni d'un bras 54 auquel  sont fixées des liaisons de commande comme décrit       ci-après.     



  Le rotor de turbine 56     porte    des aubes 57 qui  seront décrites en détail plus loin. Ce rotor est venu  de fabrication avec un arbre 58 muni d'un prolon  gement 60 à son extrémité gauche qui porte un  moyeu 62 de la roue de compresseur.     L'aubage    du  compresseur comprend des aubes dont chacune est  formée de deux     sections    66 et 68.  



  Des prolongements d'arbres 70 et 72 sont mon  tés dans des alésages 74,     respectivement    76, légère  ment coniques de l'arbre du rotor. Chacun des alé  sages s'évase vers l'extérieur à     partir    de son extré  mité intérieure cylindrique dans le but qui sera expli  qué par la suite. Les conicités ont été exagérées à la       fig.    1 pour la     clarté    du dessin.

   Le prolongement gau  che de l'arbre est monté dans un     palier    à billes 78,  l'arbre     lui-même        fournissant    le chemin de roulement  intérieur pour les billes du     palier.    Le     chemin    de roule  ment extérieur est monté     élastiquement    au moyen  d'un élément 80 de ressort à lame, de forme poly  gonale destiné à fléchir sous l'effet     d'efforts    radiaux.  Le montage du     palier    à billes est rendu étanche au  moyen d'un joint 84 et d'un organe séparateur 82.

    Du     lubrifiant    est enfermé en 86 dans un chapeau 88  qui forme avec un organe 90 un espace annulaire  dans lequel le     chemin    de roulement extérieur du rou  lement à billes est placé. Un joint d'étanchéité à l'air  du type à labyrinthe est formé en 92 sur la partie  gauche de l'arbre 58. Des ouvertures 94 servant à    l'amenée d'air dans la région située à droite du rou  lement à billes sont ménagées en 94. Le palier à  billes est maintenu dans l'enveloppe 4 au moyen  d'un anneau élastique à déclenchement 96.  



  L'extrémité de l'arbre de la turbine est munie  d'un ensemble semblable à celui qui vient d'être  décrit, cet ensemble comportant un palier à rouleaux  désigné d'une façon générale en 98, dont le chemin  de roulement     intérieur    est formé par le prolongement  de l'arbre 72, tandis que le chemin de roulement  extérieur est monté     élastiquement    au moyen d'un  ressort 100 semblable à celui décrit précédemment.  Un joint 104     sert    à fermer le palier et du lubrifiant  est enfermé en 106 dans un chapeau 108, un organe  d'espacement 102 étant prévu entre le roulement et  le lubrifiant. Le chapeau 108 avec l'organe 110 sert  à fournir l'espace annulaire pour le palier. L'assem  blage est retenu dans l'enveloppe 8 au moyen d'un  anneau élastique 112.

   Un labyrinthe à air est agencé  en 114.  



  L'air     entrant    présente un degré important de tour  billon qui lui est imparti et dont il résulte des dévia  tions de l'angle d'écoulement par rapport à la roue  de compresseur à     partir    des angles d'entrée des aubes  de compresseur, déviations qui dépassent beaucoup  les variations autorisées en utilisant la construction  habituelle d'aube. La force de tourbillon d'entrée,  notamment le produit de la composante périphérique  de la vitesse absolue de l'air entrant à n'importe quel  rayon par la vitesse périphérique du bord d'entrée  de la roue de compresseur au même rayon, peut  varier d'une valeur négative à une valeur positive  qui, dans quelques cas, peut dépasser la valeur de  la     force    tourbillonnaire à la sortie de la roue de com  presseur.

   L'écoulement tourbillonnaire apparaît dans  le passage 42 sous l'effet des aubes de guidage, de  sorte que la force du tourbillon à     n'importe    quel  rayon du bord d'entrée de     l'aubage    du compresseur  est constante.  



  Pour fournir un écoulement doux malgré les  variations indiquées ci-dessus, on a recours à une  déviation de l'écoulement au moyen d'une agitation  de couche limite de manière à provoquer un écou  lement doux entre les aubes de la roue du compres  seur sur tout le passage d'air depuis l'entrée jusqu'à  la sortie du compresseur. Pour effectuer cette agita  tion de couche limite, il est nécessaire d'avoir à dis  position une pression positive ou négative pour four  nir une déviation d'écoulement.  



  L'écoulement d'entrée établi à l'entrée de la roue  de compresseur est un écoulement tourbillonnaire  libre grâce à la présence d'aubes de guidage 46 pro  duisant un effet centrifuge et par la distance radiale  considérable du passage 42, cet écoulement étant  caractérisé par une valeur constante du produit de  la composante périphérique de la vitesse absolue par  le rayon à partir de l'axe de rotation. En même  temps, il se produit un écoulement très incurvé au  voisinage de l'entrée de la roue dans la direction  méridienne,     comportant    une composante méridienne           importante    de la vitesse d'écoulement à la sortie de  l'ouverture d'entrée et une composante méridienne  relativement petite de la vitesse d'écoulement au voi  sinage du moyeu de la roue.  



  En utilisant des aubes hélicoïdales ayant tous les  éléments radiaux, le problème de     distribution    d'angle  d'entrée est résolu en prolongeant les     parties    du bord  d'entrée des aubes comme représenté en 67 de sorte  que les bords d'entrée s'étendent sur un cône autour  de l'axe de rotation plutôt que dans un plan radial.  Des coupes axiales du passage d'écoulement d'appro  che sont incurvées de sorte que les rayons de cour  bure des parois extérieure et intérieure de ces sec  tions ont leurs centres situés sur un tel cône. Les  bords d'entrée de l'aube sont alors orthogonaux par  rapport aux parois du passage d'approche fournissant  ainsi un rendement élevé.  



  La roue à aubes du compresseur présente en fait  des aubes épaisses fonctionnant comme si elles  étaient formées et arrondies à leurs bords d'entrée et  de sortie pour fournir un profil aérodynamique     lisse,     c'est-à-dire fonctionnant comme si elles présentaient  une extrémité d'entrée     arrondie    comme indiqué en  pointillé par la     ligne    116 et un bord de sortie  arrondi comme indiqué par la ligne pointillée 115.  



  En fait cette aube épaisse est en forme de  coquille qui     comporte    deux parois 66 et 68     (fig.    5)  formant entre elles des ouvertures en 117 et 118       (fig.    4 et 5).     L'ouverture    117 est prévue de telle  manière que les parois d'aubes respectives 66 et 68  d'une seule aube se terminent à leurs bords d'entrée  67 et 69 de façon que ces bords à n'importe quel  rayon se terminent sur une surface qui est approxi  mativement normale au passage d'écoulement d'air  à l'entrée.

   Il en résulte de façon évidente que le bord  d'entrée 69 de la     partie    menante 68 de l'aube s'étend       axialement    au-delà du bord d'entrée 67 de la paroi  d'aube 66 dans le sens d'écoulement de     l'air.    On  remarquera que le bord d'entrée 67 dont il a déjà  été question s'étend dans un cône autour de l'axe  de rotation et est     orthogonal    à l'écoulement tandis  que le bord d'entrée 69 de la paroi d'aube 68 est  radial (ou au moins approximativement radial) étant  également     orthogonal    à     l'écoulement    qui l'atteint.

    Une condition semblable se retrouve à l'ouverture de       sortie    118 de     sorte    que le bord de sortie de la paroi  d'aube 66 se termine près du bord de sortie de la  paroi d'aube 68 dans le sens d'écoulement de l'air,  la fin de la partie     mentionnée    en premier lieu étant  par conséquent située à un rayon plus petit que le  rayon de la dernière partie à partir de l'axe de rota  tion. Il en résulte que chaque aube de la roue com  porte un passage entre ces parois 66 et 68 qui pré  sente une entrée en 117 et une sortie en 118. L'écou  lement d'air par     rapport    à la roue entre les parois  d'aubes 66 et 68 d'une même aube a une forme de  S, tandis que celui entre des aubes adjacentes ne  présente qu'une seule courbure.  



  Dans cette construction, du fait de l'action cen  trifuge, une chute de pression apparaît en 119 pro-         duisant    un écoulement forcé à travers l'ouverture 117  et entre les sections d'aubes avec décharge en 118.  La courbure forcée de l'écoulement en 117 qui en  résulte entraîne si cela est nécessaire une courbure  d'écoulement entre les aubes de sorte qu'une couche  limite agitée est produite le long du côté concave de  la section d'aube 66. C'est sur     ce    côté de cette sec  tion d'aube que se produit une séparation d'écoule  ment à     partir    de l'aube pendant des conditions oppo  sées d'angle d'écoulement.  



  On va     maintenant    décrire une commande du  moteur à combustion interne à turbocompresseur  représenté à la     fig.    6 et utilisé dans un véhicule.  Ce moteur E est du type à allumage par bougies.  Le turbocompresseur partiellement représenté à la       fig.    6 est identique à celui décrit précédemment. Le  bras 54 commandant les aubes 46 est     relié    par une  tige 130 et un levier coudé 132 à un bouton     d7accé-          lérateur    134 qui peut être enfoncé par le pied du  conducteur du véhicule.

   Lorsque le bouton d'accélé  rateur n'est pas enfoncé, les aubes 46 se trouvent  dans la position     fermée,    c'est-à-dire de manière à  donner une composante périphérique maximum de  l'écoulement à l'air entrant, produisant ainsi une com  posante d'entraînement de l'écoulement pour la roue  de compresseur qui, dans ces conditions, agit comme  une turbine pour aider à maintenir une vitesse  acceptable du rotor turbine-compresseur.

   Le moteur  est ensuite dans la condition de marche à vide, son  réglage étant tel qu'il continue à     tourner    mais dans  des conditions     fournissant    une pression     subatmosphé-          rique    dans le collecteur d'admission et par consé  quent à la sortie du compresseur représentée par le  passage 40. Entre le passage 40 et le collecteur  d'admission du moteur E, indiqué en 140, se trouve  un venturi 136 fournissant, comme partie d'un car  burateur, l'aspiration de combustible à     partir    de la  chambre de     carburateur    désignée en 138, cette cham  bre recevant du combustible à partir de la conduite  139 de la pompe de combustible.

   Le collecteur  d'échappement du moteur E représenté en 142  et 144 désigne un     cylindre.    Des moyens d'allumage  par bougies ne sont pas représentés. Un dispositif  146 comportant un diaphragme 148 séparant des  chambres supérieure et inférieure est prévu pour  améliorer la     commande,    la chambre supérieure étant  reliée par une conduite 150 à l'étranglement du     ven-          turi,    la chambre inférieure par un conduit 152 au  passage 40. La tige     coulissante    154 reliée au dia  phragme 148 commande un levier 156 qui intercale  une came d'arrêt 158 dans le trajet du déplacement  vers le haut de l'extrémité extérieure du bras 54.  



  Dans des conditions de marche à vide qui vien  nent d'être décrites, la came d'arrêt 158 a son action  principale de     limitation    sur le déplacement du bras  54 empêchant mécaniquement une     ouverture    par  tielle des aubes 46.  



  Si maintenant on désire augmenter la puissance  de sortie du moteur, le conducteur presse sur le bou  ton 134 ouvrant davantage les aubes 46,1e déplace-      ment étant limité par la came d'arrêt<B>158.</B> Ce dépla  cement des aubes diminue la composante de tour  billon de l'écoulement s'approchant de la roue du  compresseur en     augmentant    le rapport de pression  et l'écoulement d'air au collecteur d'admission. Le dis  positif de fourniture de     combustible    débite davantage  de combustible au moteur augmentant sa puissance  de     sortie.    Ceci augmente l'énergie contenue dans les  gaz d'échappement ainsi que la quantité de ces gaz  de sorte que la puissance d'entrée de la turbine est  augmentée.

   Avec     cet    accroissement d'écoulement  d'air, la came d'arrêt 158 est basculée dans un sens  pour permettre l'ouverture ultérieure des aubes 46.  Cette action est progressive mais peut avoir     lieu    en  un temps très court de     sorte    que si on le désire, le  moteur peut être amené sans retard appréciable à  pleine     puissance    de sortie et à la vitesse maximum,  ce qui permet d'obtenir l'entraînement optimum de  la turbine et le développement du     rapport    de pression  maximum, ainsi que l'écoulement d'air     fourni    en       conséquence    par le compresseur.

   La     composante    de  tourbillon de l'air entrant étant réduite à zéro ou  même inversée s'oppose à la rotation de la roue du  compresseur. Le but de la came d'arrêt 158 est sim  plement d'empêcher le compresseur de fournir plus  d'air que le     moteur    ne peut en aspirer pendant la  phase initiale de son accélération. Lorsque la     puis-          sance    de     sortie    doit être réduite, le bouton d'accélé  rateur est relâché ce qui     produit    la suite inverse des  opérations du dispositif. On notera ici que la came  158 ne sert qu'à des moteurs fonctionnant sur une  large     gamme    de vitesses.

   A de faibles vitesses de  moteur,     celui-ci    ne peut     aspirer    qu'une petite quan  tité d'air et si les aubes de guidage étaient subite  ment     ouvertes,    de violentes pulsations apparaî  traient dans le     compresseur,    absorbant une puis  sance telle que la turbine ralentirait. L'arrêt limite       l'ouverture    de l'aube de guidage au point où le com  presseur peut débiter l'écoulement maximum sans  pulsation et sans consommation excessive d'énergie.  



  En général, il est désirable de commander la  vitesse et la puissance de sortie de moteurs à allu  mage par bougies en commandant l'écoulement  d'air au moyen des aubes de guidage d'entrée du    compresseur et en commandant indirectement la  quantité de combustible par un dispositif connu (tel  qu'un carburateur) qui mesure la quantité d'air  fournie au moteur et règle automatiquement les pro  portions de combustible à     celui-ci,    de telle sorte que  le     rapport    air-combustible soit correct et constant.

    Dans des moteurs Diesel qui fonctionnent toujours  avec un excédent     d'air    appréciable et où il n'est pas  nécessaire de maintenir le     rapport    air-combustible       constant,    l'écoulement de combustible peut être com  mandé directement et toute commande utilisée dans  ce but peut également servir à actionner les aubes  de guidage d'entrée du compresseur aussi longtemps  que la commande d'écoulement de combustible et  de la position des aubes de guidage est effectué de  telle manière que le turbocompresseur fonctionne à  une vitesse suffisamment élevée comme il a été  décrit.



  Internal combustion engine powered by a compressor driven by a centripetal exhaust gas turbine The invention relates to an internal combustion engine powered by a compressor driven by a centripetal exhaust gas turbine, charac terized by vanes. Adjustable guides arranged at the inlet of the compressor to adjust the vortex component of the air approaching the moving blades of the compressor.



  The invention makes it possible to increase the range of speeds for which the engine operates satisfactorily, and in particular makes it possible to improve the acceleration characteristics.



  The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the engine forming the subject of the invention.



  Fig. 1 is an axial section through the turbo compressor of this engine intended in particular for the propulsion of automobiles.



  Fig. 2 is a composite view, the right part of which is a radial section through line 2-2 of FIG. 1, while the left part is an end view from the left end of FIG. 1.



  Fig. 3 is an elevational view of the right end of FIG. 1 with a cut through the line 3-3 of it.



  Fig. 4 is an elevational view of the inlet side of the compressor impeller shown in FIG. 1.



  Fig. 5 is a partial view showing a development of a projection of the wheel onto a cylinder coaxial therewith.



  Fig. 6 is a schematic view illustrating the control elements of this embodiment of the engine.



       The turbocharger shown in fig. 1 to 3 comprises a rigid part formed by two aluminum moldings, one designated by 2 comprising a casing 4 of the left bearing and the other being designated by 6 and having, produced with it, a casing 8 from the right landing. Part 6 has the general shape of a spider fixed to part 2 by bolts 10. A metal cylinder 12 comprises an annular flange 16 clamped between parts 2 and 6 and supports a metal annular member 14 which is held in position. by screws 18.

   The cylinder 12 is clamped on a ceramic filler 20 in which is retained (by a dowel not shown) a ceramic filler plug 22, these two elements of a refractory material being separated simply to facilitate assembly. The ceramic 20 provides a vortex space 24 without a vane, for the supply of drag gas from the engine E to the turbine blade, this space comprising, as indicated in particular in FIG. 3, nozzles 26 for directing the entraining gases through space 24 at a high velocity in a tangential direction.

   The cylinder 12 is provided with openings 28 aligned with the inlets of the nozzles 26, the engine exhaust manifold 30 being attached to the cylinder.



  The filling material 20 and the member 14 form between them an annular diffuser 32 without a blade for the gases escaping from the turbine. The diffuser provides the gases with a radially outward directed flow component and delivers these gases through a conduit 34 which can bring them to a desired exhaust point.



  A filling member 36 serves in part to delimit the air passages and is fixed in the molded part 2. This filling member 36 is made of a heat resistant plastic material. The plastic material can be used here for reasons of lightness and thanks to the fact that the air temperatures do not exceed 1900, very good insulation being produced between the turbine and the compressor by the ceramic materials 20 and 22.

   The filler 36 together with the adjacent ceramic surfaces provides a radially extending bladeless diffuser 38 from which the compressed air is discharged into a spiral 39 from where it is supplied through a conduit 40 to the air. motor inlet manifold E. This diffuser has a ratio of the outlet diameter (at its discharge point in the spiral 39) to the inlet diameter (at the point of discharge of the air at the periphery of the impeller compressor) equal to at least 2.



       The vortex flow passage 42 is provided between the part 2 and the filler 36, this passage being intended for the air approaching the compressor wheel, and the flow being radially towards the compressor wheel. interior from an annular inlet 44 open to the atmosphere or to an air filter and being deflected axially to enter the compressor blade. Vanes 46 are located in the pitch 42 and are angularly adjustable to impart a vortex to the incoming air.

   These blades are carried by individual shafts 48 journalled in the part 2, each shaft carrying at its outer end a pinion 50 on which passes a chain 52 intended for the simultaneous drive of all the shafts. One of these pinions is provided with an arm 54 to which control links are attached as described below.



  The turbine rotor 56 carries vanes 57 which will be described in detail later. This rotor came from manufacture with a shaft 58 provided with an extension 60 at its left end which carries a hub 62 of the compressor wheel. The compressor blade comprises blades, each of which is formed of two sections 66 and 68.



  Shaft extensions 70 and 72 are mounted in slightly tapered bores 74, 76, respectively, of the rotor shaft. Each of the wise hazards flares outwards from its cylindrical inner end for the purpose which will be explained later. The tapers have been exaggerated in fig. 1 for clarity of the drawing.

   The left extension of the shaft is mounted in a ball bearing 78, the shaft itself providing the inner raceway for the bearing balls. The outer rolling path is elastically mounted by means of a leaf spring element 80, of poly gonal shape intended to bend under the effect of radial forces. The mounting of the ball bearing is sealed by means of a seal 84 and a separator member 82.

    Lubricant is enclosed at 86 in a cap 88 which forms with a member 90 an annular space in which the outer race of the ball bearing is placed. A labyrinth type air seal is formed at 92 on the left side of shaft 58. Openings 94 for supplying air to the region to the right of the ball bearing are provided. formed in 94. The ball bearing is held in the casing 4 by means of an elastic ring with release 96.



  The end of the turbine shaft is provided with an assembly similar to that which has just been described, this assembly comprising a roller bearing generally designated 98, of which the internal race is formed. by the extension of the shaft 72, while the outer raceway is elastically mounted by means of a spring 100 similar to that described above. A seal 104 serves to close the bearing and lubricant is enclosed at 106 in a cap 108, a spacer 102 being provided between the bearing and the lubricant. The cap 108 with the member 110 serves to provide the annular space for the bearing. The assembly is retained in the casing 8 by means of an elastic ring 112.

   An air labyrinth is arranged at 114.



  The incoming air exhibits a large degree of billon turn which is allotted to it and which results in deviations of the flow angle with respect to the compressor wheel from the inlet angles of the compressor blades, deviations which greatly exceed the permissible variations using the usual vane construction. The inlet vortex force, including the product of the peripheral component of the absolute velocity of the incoming air at any radius times the peripheral velocity of the inlet edge of the compressor wheel at the same radius, can vary. from a negative value to a positive value which, in some cases, may exceed the value of the vortex force at the output of the compressor wheel.

   The vortex flow occurs in passage 42 as a result of the guide vanes, so that the force of the vortex at any radius from the inlet edge of the compressor vane is constant.



  To provide a smooth flow despite the variations noted above, deflection of the flow by means of boundary layer agitation is used so as to cause a smooth flow between the compressor impeller vanes across. the entire air passage from the inlet to the outlet of the compressor. In order to effect this boundary layer agitation, it is necessary to have available a positive or negative pressure to provide a flow deflection.



  The inlet flow established at the inlet of the compressor wheel is a free swirling flow thanks to the presence of guide vanes 46 producing a centrifugal effect and by the considerable radial distance of the passage 42, this flow being characterized. by a constant value of the product of the peripheral component of the absolute speed by the radius from the axis of rotation. At the same time, a very curved flow occurs in the vicinity of the entry of the impeller in the meridian direction, having a large meridian component of the flow velocity at the exit of the inlet opening and a meridian component. relatively small in flow velocity around the wheel hub.



  By using helical vanes having all radial members, the inlet angle distribution problem is solved by extending the inlet edge portions of the vanes as shown at 67 so that the inlet edges extend over a cone around the axis of rotation rather than in a radial plane. Axial sections of the approach flow passage are curved so that the radii of curvature of the outer and inner walls of these sections have their centers located on such a cone. The entry edges of the blade are then orthogonal to the walls of the approach passage, thus providing high efficiency.



  The compressor impeller actually has thick vanes that function as if they were shaped and rounded at their inlet and outlet edges to provide a smooth airfoil, i.e., functioning as if they had one end. rounded entry edge as indicated by dotted line 116 and a rounded exit edge as indicated by dotted line 115.



  In fact, this thick blade is in the form of a shell which has two walls 66 and 68 (FIG. 5) forming between them openings at 117 and 118 (FIGS. 4 and 5). The opening 117 is provided such that the respective vane walls 66 and 68 of a single vane terminate at their inlet edges 67 and 69 such that those edges at any radius terminate on a surface which is approximately normal to the inlet air flow passage.

   It is evident that the inlet edge 69 of the driving part 68 of the blade extends axially beyond the inlet edge 67 of the blade wall 66 in the direction of flow of the blade. 'air. It will be noted that the inlet edge 67 which has already been discussed extends in a cone around the axis of rotation and is orthogonal to the flow while the inlet edge 69 of the blade wall 68 is radial (or at least approximately radial) being also orthogonal to the flow which reaches it.

    A similar condition is found at the outlet opening 118 such that the outlet edge of the blade wall 66 terminates near the outlet edge of the blade wall 68 in the direction of air flow. , the end of the first-mentioned part therefore being located at a smaller radius than the radius of the last part from the axis of rotation. As a result, each vane of the impeller has a passage between these walls 66 and 68 which has an inlet at 117 and an outlet at 118. The flow of air with respect to the impeller between the vane walls 66 and 68 of the same blade has an S-shape, while that between adjacent blades has only one curvature.



  In this construction, due to the centrifugal action, a pressure drop occurs causing a forced flow 119 through the opening 117 and between the blade sections with discharge at 118. The forced curvature of the The resulting flow at 117 if necessary causes a flow curvature between the vanes so that a stirred boundary layer is produced along the concave side of the vane section 66. It is on this side of this. vane section that a flow separation occurs from the vane during opposite flow angle conditions.



  We will now describe a control of the internal combustion engine with a turbocharger shown in FIG. 6 and used in a vehicle. This E engine is of the spark ignition type. The turbocharger partially shown in fig. 6 is identical to that described above. The arm 54 controlling the vanes 46 is connected by a rod 130 and an elbow lever 132 to an accelerator button 134 which can be depressed by the foot of the operator of the vehicle.

   When the throttle button is not depressed, the vanes 46 are in the closed position, i.e. so as to give a maximum peripheral component of the flow to the incoming air, thereby producing a flow driving component for the compressor wheel which, under these conditions, acts as a turbine to help maintain acceptable turbine-compressor rotor speed.

   The engine is then in the no-load condition, its setting being such that it continues to run but under conditions providing subatmospheric pressure in the intake manifold and therefore at the compressor outlet represented by the passage 40. Between passage 40 and the intake manifold of engine E, indicated at 140, is a venturi 136 providing, as part of a carburettor, the suction of fuel from the carburetor chamber designated by. 138, this chamber receiving fuel from the line 139 of the fuel pump.

   The engine E exhaust manifold shown at 142 and 144 designates a cylinder. Means of ignition by spark plugs are not shown. A device 146 comprising a diaphragm 148 separating upper and lower chambers is provided to improve control, the upper chamber being connected by a pipe 150 to the throttle of the vent, the lower chamber by a pipe 152 to the passage 40. sliding rod 154 connected to diaphragm 148 controls a lever 156 which interposes a stop cam 158 in the path of the upward movement of the outer end of arm 54.



  Under the idling conditions which have just been described, the stop cam 158 has its main action of limiting the movement of the arm 54, mechanically preventing a partial opening of the blades 46.



  If now it is desired to increase the output power of the engine, the driver presses the button 134 further opening the vanes 46.1st movement being limited by the stop cam <B> 158. </B> This movement of the vanes decreases the round bill component of flow approaching the compressor wheel by increasing the pressure ratio and air flow to the intake manifold. The fuel supply device delivers more fuel to the engine increasing its power output. This increases the energy contained in the exhaust gases as well as the quantity of these gases so that the input power of the turbine is increased.

   With this increased air flow, the stop cam 158 is tilted in one direction to allow subsequent opening of the vanes 46. This action is gradual but can take place in a very short time so that if it is desired, the engine can be brought without appreciable delay to full power output and maximum speed, thereby achieving optimum turbine drive and maximum pressure ratio development, as well as gas flow. air supplied accordingly by the compressor.

   The vortex component of the incoming air being reduced to zero or even reversed opposes the rotation of the compressor wheel. The purpose of stop cam 158 is simply to prevent the compressor from supplying more air than the engine can suck during the initial phase of its acceleration. When the output power has to be reduced, the accelerator button is released which causes the reverse sequence of device operations. It will be noted here that the cam 158 is only used for motors operating over a wide range of speeds.

   At low engine speeds, the engine can only suck in a small amount of air and if the guide vanes were suddenly opened, violent pulsations would appear in the compressor, absorbing power such as the turbine. would slow down. The stop limits the opening of the guide vane to the point where the compressor can deliver the maximum flow without pulsation and without excessive energy consumption.



  In general, it is desirable to control the speed and power output of spark ignition engines by controlling the air flow by means of the inlet guide vanes of the compressor and indirectly controlling the amount of fuel by means of the compressor inlet guide vanes. a known device (such as a carburetor) which measures the quantity of air supplied to the engine and automatically adjusts the proportions of fuel to the latter, so that the air-fuel ratio is correct and constant.

    In diesel engines which always operate with an appreciable surplus of air and where it is not necessary to maintain the air-fuel ratio constant, the fuel flow can be controlled directly and any control used for this purpose can also be controlled. serve to actuate the inlet guide vanes of the compressor as long as the control of fuel flow and the position of the guide vanes is carried out such that the turbocharger operates at a sufficiently high speed as has been described.

 

Claims (1)

REVENDICATION Moteur à combustion interne alimenté par un compresseur entraîné par une turbine à gaz d'échap pement centripète, caractérisé par des aubes de gui dage (46) réglables disposées à l'entrée du compres seur pour régler la composante de tourbillon de l'air s'approchant des aubes mobiles du compresseur. SOUS-REVENDICATIONS 1. Moteur selon la revendication, caractérisé en ce que chaque aube mobile du compresseur com prend deux parois adjacentes (66, 68) délimitant entre elles un passage à travers lequel de l'air passe du côté entrée au côté sortie de l'aube afin de dévier l'écoulement d'air entre des aubes adjacentes. 2. CLAIM Internal combustion engine powered by a compressor driven by a centripetal exhaust gas turbine, characterized by adjustable guide vanes (46) arranged at the inlet of the compressor to adjust the vortex component of the air approaching the moving blades of the compressor. SUB-CLAIMS 1. Motor according to claim, characterized in that each moving vane of the compressor comprises two adjacent walls (66, 68) delimiting between them a passage through which air passes from the inlet side to the outlet side of the. vane to deflect the air flow between adjacent vanes. 2. Groupe propulseur selon la sous-revendica- tion 1, caractérisé en ce que pour chaque aube du compresseur la paroi de fuite (66) comporte un bord d'entrée (67) faisant saillie au-delà du bord d'entrée (69) de la paroi d'attaque (68) dans une direction opposée à la direction d'écoulement d'air, et en ce que le bord de décharge de la paroi d'attaque (68) fait saillie au-delà du bord de décharge de la paroi de fuite (66) dans la direction de l'écoulement d'air. Power unit according to subclaim 1, characterized in that for each blade of the compressor the trailing wall (66) has an inlet edge (67) projecting beyond the inlet edge (69) of the leading wall (68) in a direction opposite to the direction of air flow, and in that the discharge edge of the leading wall (68) protrudes beyond the discharge edge of the leakage wall (66) in the direction of the air flow.
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