CH668806A5 - Turbocompresseur pour moteur diesel. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne un turbocompresseur pour un moteur diesel, selon le préambule de la revendication 1.
Un turbocompresseur du type ci-dessus, qui est prévu pour alimenter un moteur diesel en air fortement comprimé, permet d'augmenter la puissance de sortie du moteur et d'améliorer le rendement de combustion de celui-ci. Toutefois, lors du fonctionnement à charge partielle du moteur diesel, le point de fonctionnement effectif du turbocompresseur s'écarte d'un point de fonctionnement préfixé, ce qui conduit à une diminution du rendement du turbocompresseur ainsi qu'à un rendement de combustion diminué du moteur.
Des tentatives faites dans le but d'éliminer ces inconvénients ont consisté, par exemple, dans l'apport d'une soupape de succion dans le passage d'air, en amont de la chambre de compression, la soupape de succion étant commandée par une unité de commande selon la pression détectée dans le passage d'air en aval de la chambre de compression et par d'autres paramètres-de fonctionnement tels que la vitesse du moteur diesel et similaires. Toutefois, un tel arrangement ne permet pas une commande fine du turbocompresseur, puisque le débit et la pression de l'air délivré sont réglés par la soupape de succion seule. En soi, aucun succès notable n'a été atteint dans la recherche d'amélioration du rendement du turbocompresseur ou du rendement de combustion du moteur diesel.
Le but de la présente invention est de réaliser un turbocompresseur pour un moteur diesel éliminant le problème mentionné ci-dessus.
Pour atteindre ce but, le turbocompresseur selon l'invention est réalisé comme décrit dans la revendication 1.
Il est donc possible de commander les ailettes de guidage d'échappement, de guidage d'air et de compresseur selon les exigences spécifiques déterminées par les paramètres de fonctionnement, de sorte que la condition du turbocompresseur peut être réglée de manière fine afin de maintenir en tout temps le moteur diesel dans une condition de fonctionnement idéal.
L'invention va être décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple préféré de réalisation et du dessin dans lequel: 5 la figure 1 montre schématiquement un turbocompresseur selon l'invention, associé à un moteur diesel,
la figure 2 est une vue en plan des ailettes de guidage d'échappement du turbocompresseur,
la figure 3 est une vue en plan des ailettes de guidage d'air du io turbocompresseur,
la figure 4 est une vue en plan des ailettes de compresseur du turbocompresseur,
la figure 5 est un diagramme des temps illustrant un exemple d'un mode de fonctionnement du moteur diesel, et 15 la figure 6 est un organigramme illustrant un exemple d'un mode de commande du turbocompresseur.
La figure 1 montre un moteur diesel 1 relié à un turbocompresseur 2 et une unité de commande 3. Le moteur diesel 1 est en soi connu et il est réalisé de manière que le mouvement de va-et-vient 20 des pistons 6 (un seul est illustré) à l'intérieur des cylindres 5 est converti en un mouvement de rotation d'un vilebrequin 4 situé à la base du moteur. Le moteur comprend un tuyau d'échappement 7, une conduite d'évacuation 8 et un refroidisseur d'air 8a connecté dans la conduite d'évacuation 8.
25 Le turbocompresseur 2 qui fait l'objet principal de l'invention comprend une chambre de turbine d'échappement 9 et une chambre de compression 10. La chambre de turbine 9 a une entrée 11 qui communique avec le tuyau d'échappement 7 du moteur 1 à travers une conduite d'échappement 13 et une sortie 12. Une hélice d'entraî-30 nement de turbine 14 est disposée de manière tournante dans la chambre de turbine 9 et elle a un arbre de sortie 14a dépassant dans la chambre de compression 10. Des ailettes de guidage d'échappement 15 s'étendant radialement sont disposées en forme d'anneau comme indiqué en figure 2 à l'intérieur de la chambre de turbine 9, 35 en amont de l'hélice de turbine 14. Chaque ailette est susceptible de tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre 14a de la turbine. Les ailettes 15 sont mises en rotation par des premiers dispositifs d'entraînement 16. La position angulaire des ailettes 15 est détectée par un premier détecteur d'angle de rotation Al.
40 La chambre de compression 10 a une entrée 18 et une chambre en spirale 19 ayant une sortie 19a qui communique avec la conduite d'évacuation 8 du moteur 1 à travers une conduite d'air 20. Une hélice de compression 21 fixée sur l'arbre de la turbine 14a est disposée à l'intérieur de la chambre de compression 10. Des ailettes de 45 guidage d'entrée d'air 22 s'étendant radialement sont disposées en forme d'anneau comme indiqué en figure 3 à l'intérieur de la chambre de compression 10, en amont de l'hélice de compression 21. Chaque ailette est susceptible de tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'arbre 14a de la turbine. Les ailettes 22 sont mises en rota-50 tion par un deuxième dispositif d'entraînement 23. La position angulaire des ailettes 22 est détectée par un deuxième détecteur d'angle de rotation A2. En outre, des ailettes de compression 25 sont disposées en forme d'anneau (figure 4) dans la chambre de compression 10, entre l'hélice 21 et la chambre en spirale 19. Chaque ailette est 55 susceptible de tourner autour d'un axe parallèle à l'arbre 14a de la turbine. Les ailettes 25 sont prévues pour être entraînées par des premiers dispositifs d'entraînement 26. La position angulaire des ailettes 25 est détectée par un troisième détecteur d'angle de rotation A3. L'unité de commande 3 reçoit des signaux de détection des détec-60 teurs Al à A3. En outre, l'unité de commande 3 reçoit des signaux de détection d'un premier détecteur de vitesse de rotation SI détectant la vitesse de rotation de l'arbre 14a de la turbine, d'un second détecteur de vitesse de rotation S2 détectant la vitesse de rotation du vilebrequin 4 du moteur, d'un premier détecteur de pression PI dé-65 tectant la pression à la sortie de compression 19a, d'un premier détecteur de température détectant la température à la sortie de compression 19a, d'un second détecteur de pression P2 détectant la pression interne à la périphérie de la chambre de compression en spirale
19, d'un détecteur de différence de pression PD détectant la; différence de pression dans la chambre de compression en spirate 19 entre la périphérie extérieure et la périphérie intérieure de cette chambre, d'un second détecteur de température T2 détectant la température des gaz d'échappement à l'entrée 11 de la chambre de turbine, d'un troisième détecteur de pression P3 détectant la pression dans le refroidisseur d'air 8a du moteur 1 et d'un détecteur de débit F détectant le débit d'alimentation en carburant dans le moteur 1. L'unité de commande 3 est préprogrammée pour un fonctionnement optimal du moteur diesel 1 dans toute la plage de vitesses de celui-ci.
Le turbocompresseur selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Lorsque le moteur 1 est en service, des gaz d'échappement s'écoulent dans la chambre de turbine 9 à travers la conduite 13 de gaz d'échappement et l'entrée 11. Ces gaz mettent en rotation l'hélice de turbine 14 et sont ensuite évacués à travers la sortie 12. En conséquence, l'hélice de compression 21 fixée à l'arbre 14a de la turbine est mise en rotation, de sorte que de l'air extérieur est aspiré dans la chambre de compression 10 à travers l'entrée de compression 18, et de l'air comprimé destiné à la combustion est délivré au moteur 1 à travers la chambre en spirale 19, la sortie de compression 19a et la conduite d'air 20. Pendant ce processus, les signaux des détecteurs individuels Al, A2, A3, SI, S2, PI, P2, P3, PD, TI, T2 et F sont délivrés à l'unité de commande 3 qui, à son tour, délivre des signaux Cl, C2, C3 pour actionner respectivement les dispositifs 16, 23, 26 qui commandent l'orientation angulaire des ailettes de guidage d'échappement 15, des ailettes de guidage d'air 22 et des ailettes de compression 25 selon les exigences du programme préfixé de l'unité de commande 3, de sorte que le débit et la pression de l'air délivré au moteur 1 soient commandés de manière optimale tout en évitant des à-coups et l'emballement du turbocompresseur 2, celui-ci étant commandé en même temps pour un fonctionnement à rendement maximal.
La figure 5 illustre un exemple de mode de fonctionnement d'un moteur diesel de marine. Après le démarrage, le moteur fonctionne à la vitesse de port tant que le bateau est dans ce dernier. Lorsque le bateau entre dans une route de mer, le moteur est commandé à la vitesse maximale de croisière. Lorsque le bateau passe à travers un canal, le moteur est ralenti à la vitesse morte. Après que le bateau a pris la direction du port, le moteur est à nouveau commandé à la vitesse de port et il est arrêté à la jetée.
La figure 6 est un organigramme illustrant un mode de commande typique produit par l'unité de commande 3. Lorsque le moteur 1 est mis en marche, l'unité 3 est enclenchée automatiquement ou manuellement dans un état d'attente (bloc a). Dans cet état d'attente (par exemple lorsque le moteur 1 est à la vitesse de port), les ailettes de guidage d'échappement, les ailettes de guidage d'air 22 et les ailettes de compression 25 du turbocompresseur 2 sont bloquées dans des positions angulaires spécifiques prédéterminées en relation avec la sortie continue maximale (désignée ci-après par «MCO») du moteur 1 (bloc b). Dans le cas de commande entièrement automatique, le second détecteur de vitesse S2 détecte la vitesse du moteur 1 (bloc c) et la valeur détectée est comparée avec une
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valeur de référence ajustable manuellement (par exemple 50% de MCO) pour vérifier si la valeur détectée est égale ou supérieure à la valeur de référence-(bloc d). Si «OUI», il est admis que la vitesse du moteur est entrée dans un domaine de commande et l'unité de commande 3 commence le réglage (bloc e). Si «NON», l'unité de commande 3 est maintenue dans l'état d'attente jusqu'à ce que la vitesse du moteur atteigne la valeur de référence. Comme alternative, l'unité de commande 3 peut être initialisée manuellement (bloc f) avant que la vitesse du moteur atteigne la valeur de référence.
Dès que l'unité 3 commence la commande, le débit du carburant délivré au moteur 1 est d'abord détecté par le détecteur de débit F (bloc g) et, sur la base du débit de carburant détecté, les positions angulaires des ailettes 15, 22 et 25 sont réglées par les dispositifs 16, 23 et 26 (bloc h). Ensuite, les différents paramètres de fonctionnement sont mesurés par les détecteurs Al, A2, A3, SI, S2, PI, P2, P3, PD, TI, T2 et F (bloc i), et le débit d'air à l'entrée de compression 18 est calculé dans l'unité 3 sur la base des différentes valeurs détectées en utilisant une méthode connue de calcul de débit (bloc j). La valeur calculée est vérifiée afin de savoir si elle est dans des limites permises d'une courbe de compression obtenue par des tests indépendants exécutés au préalable sur le turbocompresseur (bloc k). Si la valeur calculée est dans les limites permises, il est admis qu'il n'existe ni de survitesse ni d'à-coups du turbocompresseur 2 et le prochain pas de la commande est exécuté. Dans le cas contraire, si le débit d'air de compression n'est pas dans les limites permises, les positions angulaires des ailettes 15, 22 et 25 sont réajustées par les dispositifs 16, 23, 26 (bloc 1) et les étapes i à 1 sont répétées jusqu'à ce que le débit d'air de compression se trouve dans les limites permises de la courbe de compression. A la prochaine étape, le débit de carburant délivré au moteur 1 est détecté à nouveau par le détecteur de débit F (bloc m) pour connaître s'il est inférieur à la valeur du débit de carburant détectée dans l'étape g (bloc n). Si «OUI», la valeur détectée dans l'étape m est mémorisée provisoirement comme débit minimal. Si «NON», les ailettes 15, 22, 25 sont réajustées en fonction du débit de carburant (bloc o) et les étapes i à o sont répétées jusqu'à ce que le résultat de la comparaison soit «OUI». Ensuite, la vitesse du moteur est à nouveau détectée par le second détecteur de vitesse S2 (bloc p) pour une comparaison avec la valeur de référence mentionnée plus haut (bloc q). Si la vitesse du moteur n'est pas inférieure à la valeur de référence, il est admis que le moteur 1 maintient toujours une vitesse normale. Afin d'obtenir un débit de carburant le plus économique, les étapes i à q sont répétées, le débit minimal de fluide mémorisé étant successivement corrigé.
Lorsque la vitesse du moteur est diminuée en dessous de la valeur de référence, les ailettes 15,22 et 25 sont bloquées dans leurs positions respectives prédéterminées, comme lors du démarrage du moteur (bloc r). Il faut noter que, même si la vitesse du moteur a été réduite comme indiqué ci-dessus, le processus de commande peut toujours être exécuté manuellement jusqu'à l'étape g (bloc s).
En général, la commande entièrement automatique n'est pas indiquée lorsque le bateau est dans un port ou un canal.
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2 feuilles dessins
Claims (4)
1. Turbocompresseur pour un moteur diesel, comprenant: une chambre de turbine d'échappement (9) communiquant avec le tuyau d'échappement (7) d'un moteur diesel (1) et pourvue d'une hélice d'entraînement de turbine (14) et une chambre de compression (10) ayant une chambre en spirale (19) communiquant avec la conduite d'évacuation (8) du moteur diesel et pourvue d'une hélice de compression (21) susceptible de tourner avec l'hélice d'entraînement de turbine, coaxialement à celle-ci, caractérisé par des ailettes de guidage d'échappement réglables (15) disposées dans la chambre de turbine (9) en amont de l'hélice de turbine (14) par des ailettes de guidage d'entrée d'air réglables (22) disposées dans la chambre de compression (10) en amont de l'hélice de compression (21); des ailettes de sortie de compresseur réglables (25) disposées dans la chambre de compression (10) entre l'hélice de compression (21) et la chambre en spirale (19) et par trois moyens d'entraînement (16,23, 26) pour commander respectivement les ailettes de guidage d'échappement (15), les ailettes de guidage d'air (22) et les ailettes de compresseur (25) selon les paramètres de fonctionnement du turbocompresseur (2) et du moteur diesel (1).
2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes de guidage d'échappement (15) sont disposées en anneau et qu'elles sont, chacune, susceptibles de tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la turbine (14).
2
REVENDICATIONS
3. Turbocompresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les ailettes de guidage d'air (22) sont disposées en anneau et qu'elles sont, chacune, susceptibles de tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de l'hélice de compression (21).
4. Turbocompresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ailettes de compresseur (25) sont disposées en anneau et qu'elles sont, chacune, susceptibles de tourner autour d'un axe parallèle à l'axe de l'hélice de compression (21).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |