FR2468747A1 - IMPROVEMENTS IN THE OPERATION OF AUTOMATIC COMBUSTION ENGINES - Google Patents
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Abstract
Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à autoallumage muni d'un turbocompresseur à gaz d'échappement à suralimentation par pression dynamique, dont le dispositif directeur, branché dans la turbine à gaz en amont de la roue de turbine dans le sens des gaz d'échappement, peut être réglé pour faire varier la section de passage. Le procédé est caractérisé en ce que l'on règle la section de passage QL du dispositif directeur 12 de façon que : a. Que dans la gamme inférieure de charge ULB cette section soit amenée à une grandeur maximale QLmax ; b. Que dans la gamme moyenne de charge MLB elle soit amenée à une grandeur minimale QLmin ; et c. Que dans la gamme supérieure de charge OLB, elle soit à nouveau amenée à la grandeur maximale QLmax et qu'en outre, dans cette gamme de charge, le moment de l'injection soit simultanément retardé relativement à celui de la gamme moyenne de charge MLB.Operating method of a self-igniting internal combustion engine provided with a dynamic pressure supercharged exhaust gas turbocharger, including the steering device, connected in the gas turbine upstream of the turbine wheel in the direction of exhaust gas, can be adjusted to vary the passage section. The method is characterized in that the passage section QL of the directing device 12 is adjusted so that: a. That in the lower ULB load range this section be brought to a maximum size QLmax; b. That in the mean range of MLB load it be brought to a minimum quantity QLmin; and c. That in the upper load range OLB it is again brought to the maximum magnitude QLmax and that in addition, in this load range, the moment of injection is simultaneously delayed relative to that of the average load range MLB .
Description
L'invention concerne un procédé de fonc-The invention relates to a method of operating
tionnement d'un moteur à combustion interne à autoallumaae an internal combustion engine to autoallumaae
muni d'un turbocompresseur à gaz d'échappement à surali- equipped with a supercharged exhaust turbocharger
mentation par pression dynamique, dont le dispositif direc- dynamic pressure system, including the direct
teur, branché dans la turbine à gaz en amont de la roue de turbine dans le sens des gaz d'échappement, peut être réglé connected in the gas turbine upstream of the turbine wheel in the direction of the exhaust gas, can be
pour faire varier la section de passage. to vary the passage section.
Le brevet CH No 107 453 montre par exem- CH Patent No. 107,453 shows, for example,
ple sur la figure 4 un moteur à combustion interne compor- FIG. 4 shows an internal combustion engine comprising
tant un turbocompresseur à gaz d'échappement à suralimen- an exhaust turbocharger supercharged
tation par pression dynamique, dans lequel la section d'af- dynamic pressure, in which the flow section
flux de la turbine à gaz d'échappement peut être modifiée par un organe de réglage. Cet organe de réglage fait partie d'un dispositif de réglage et il est accouplé d'une part flow of the exhaust gas turbine can be modified by a regulator. This adjustment member is part of an adjusting device and is coupled on the one hand
à un régulateur de vitesse de rotation du moteur avec inter- a motor rotation speed regulator with inter-
position d'un tringlage, et d'autre part à un régulateur de position of a linkage, and secondly to a regulator of
pression agissant par la pression de l'air de suralimenta- pressure acting by the pressure of the supercharger
tion. Le régulateur de vitesse de rotation amène l'organe de réglage à une position de réglage grossier dans laquelle la section d'afflux de la turbine à gaz d'échappement prend à tout moment une grandeur déterminée correspondant à une vitesse de rotation déterminée, de sorte que l'augmentation tion. The rotational speed regulator brings the regulator to a coarse adjustment position in which the inflow section of the exhaust gas turbine takes at any time a determined quantity corresponding to a determined rotational speed, so that the increase
ou la diminution de la vitesse de rotation conduisent immé- or the decrease in the speed of rotation
diatement à une augmentation ou à une diminution de la sec- to increase or decrease the
tion d'afflux, tandis que le régulateur réagissant à la pression de suralimentation amène l'organe de réglage à sa position extrême correspondant chaque fois à la pression flow, while the regulator reacts to the supercharging pressure brings the regulating member to its extreme position corresponding each time to the pressure
momentanée d'air de suralimentation. Dans une gamme de char- momentary charge air. In a range of
ges déterminée du moteur, une section déterminée d'afflux à la turbine à gaz d'échappement, de grandeur adaptée, est ainsi libérée, ce qui fait que dans cette gamme de charges, en vertu de la quantité de gaz d'échappement existante et de l'énergie résultante des gaz d'échappement, il s'établit une pression déterminée d'air de suralimentation. Toutefois, dans cette publication antérieure, il n'est rien dit du In this way, according to the specific design of the engine, a specific inflow section of the exhaust gas turbine of suitable size is released, so that in this range of loads, by virtue of the amount of exhaust gas existing and from the resulting energy of the exhaust gases, a determined supercharging air pressure is established. However, in this earlier publication, nothing is said about the
comportement du moteur à combustion interne en ce qui con- behavior of the internal combustion engine with regard to
cerne la consommation de carburant, ni d'un mode de commande déterminé de la section d'afflux pour l'obtention d'une fuel consumption, or a specific control mode of the influx section to obtain a
consommation minimale de carburant.minimum fuel consumption.
Au contraire, cette invention a pour objet un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion interne On the contrary, this invention relates to a method of operating an internal combustion engine
à autoallumage du type défini plus haut, qui permette d'ob- auto-ignition system of the type defined above, which makes it possible
tenir une consommation optimale de carburant sur toute la keep optimum fuel consumption over the entire
gamme de charges sans dépasser la pression maximale d'allu- range of loads without exceeding the maximum pressure of
mage fixée pour la pleine charge.mage set for full charge.
Selon l'invention, cet objet est atteint According to the invention, this object is reached
grâce au fait que l'on règle la section de passage du dis- thanks to the fact that the passage section of the dis-
positif directeur de façon que (a) que dans la gamme infé- director so that (a) only in the lower range
rieure de charge cette section soit amenée à une grandeur maximale, (b) que dans la gamme moyenne de charge elle soit amenée à une grandeur minimale et (c) que dans la gamme supérieure de charge, elle soit à nouveau amenée à la grandeur maximale et qu'en outre, dans cette gamme de charge, le moment de l'injection soit simultanément retardé this section is brought to a maximum size, (b) the average load range is brought to a minimum and (c) in the upper load range is again brought to the maximum size. and that furthermore, in this load range, the moment of the injection is simultaneously delayed
relativement à celui de la gamme moyenne de charge. relative to that of the average load range.
D'autres modes d'exécution sont indiqués en détail plus loin. Other embodiments are described in detail below.
Grâce à l'application du procédé selon l'invention, on peut obtenir une consommation de carburant notablement inférieure à celle d'un moteur à combustion interne qui fonctionne avec une section de passage non réglable du dispositif directeur de la turbine à haute pression du turbocompresseur à gaz d'échappement. Pour la diminution de la consommation de carburant dans la gamme supérieure de charge, l'inclusion de la pompe d'injection dans le procédé selon l'invention, avec possibilité de faire varier le momènt de l'injection, a une importance déterminante. La diminution de consommation de carburant, Thanks to the application of the method according to the invention, a considerably lower fuel consumption can be obtained than that of an internal combustion engine which operates with a non-adjustable passage section of the steering device of the turbocharger high pressure turbine. exhaust gas. For the reduction of the fuel consumption in the higher load range, the inclusion of the injection pump in the process according to the invention, with the possibility of varying the time of the injection, is of decisive importance. The reduction of fuel consumption,
et donc la diminution notable de la dépense de fonctionne- and therefore the noticeable decrease in operating expenditure
ment aui en résulte, sont réalisées dans une large mesure dans la pratique par une utilisation rationnelle des groupes qui existent de toute façon dans le moteur à resulting from this, are achieved to a large extent in practice by rational use of the groups that exist in the
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combustion interne, et sans dépassement inadmissible de certaines valeurs limites fixées par construction, de internal combustion, and without inadmissibly exceeding certain limit values set by
sorte que pour appliquer le présent procédé de fonctionne- so that to apply the present process of
ment à des ensembles existants,il suffit de mesures réduites de transformation, portant sur la commande et la pompe d'injection. On décrit plus précisément ci-après le In existing assemblies, it is sufficient to reduce the transformation of the control and the injection pump. The following is more specifically described:
procédé de fonctionnement prévu par l'invention pour un mo- method of operation provided by the invention for a
teur à combustion interne à autoallumage du type défini plus haut, avec référence à un turbocompresseur à gaz d'échappement à deux étages représenté schématiquement par la figure 1 des dessins, et de différents diagrammes de fonctionnement. Sur les dessins: self-igniting internal combustion engine of the type defined above, with reference to a two-stage exhaust gas turbocharger shown schematically in FIG. 1 of the drawings, and various operating diagrams. On the drawings:
la figure 1 montre schématiquement un turbo- Figure 1 schematically shows a turbo-
compresseur à gaz d'échappement à deux étages comportant différents dispositifs pour la conduite du procédé de fonctionnement; two-stage exhaust gas compressor comprising different devices for driving the operating method;
la figure 2 est un diagramme montrant l'in- FIG. 2 is a diagram showing the in-
fluence sur la pompe d'injection dans le présent procédé la figure 3 est un diagramme présentant les domaines de puissance du moteur à combustion interne et sur lequel on a porté en abscisses la puissance en pourcentage, servant également d'abscisse pour les autres diagrammes représentés par les figures 3 à 7; la figure 4 est un diagramme montrant les variations de section du dispositif directeur dans l'exécution du procédé de fonctionnement; la figure 5 est un diagramme montrant la variation de la pression d'allumage dans le présent procédé; la figure 6 est un diagramme montrant FIG. 3 is a diagram showing the power domains of the internal combustion engine and on which the power in percentage has been plotted as abscissa, also serving as abscissa for the other diagrams represented. by Figures 3 to 7; Figure 4 is a diagram showing sectional variations of the director device in the execution of the operating method; Fig. 5 is a diagram showing the variation of the ignition pressure in the present process; Figure 6 is a diagram showing
la variation de la proportion d'air comburant dans ce pro- the variation of the proportion of combustion air in this pro-
cédé; la figure 7 est un diagramme montrant-la sold; FIG. 7 is a diagram showing the
courbe de consommation effective de carburant dans le pré- actual fuel consumption curve in the pre-
sent procédé de fonctionnement.process of operation.
--On commencera par indiquer vue le procédé de fonctionnement selon l'invention est applicable aux moteurs à combustion interne munis d'un turbocompresseur à gaz d'échappement à un ou plusieurs étages, mais qu'il est expliqué ici à propos d'un turbocompresseur à gaz d'échappement à deux étages car ce mode de suralimentation est davantage appliaué dans les moteurs à combustion interne à autoallumage, en particulier dans les moteurs Diesel à The procedure of the invention according to the invention is applicable to internal combustion engines equipped with a single or multi-stage exhaust gas turbocharger, but which is explained here in connection with a two-stage exhaust turbocharger as this supercharging mode is more applicable in self-igniting internal combustion engines, particularly in diesel engines with
grande puissance.major power.
Le turbocompresseur à gaz d'échappement à deux étages représenté par la figure 1 comporte un étage à The two-stage exhaust turbocharger shown in FIG.
haute pression 1 avec turbine à haute pression 2 et com- high pressure 1 with high pressure turbine 2 and
presseur à haute pression 3 entraîné par la turbine, et un étage à basse pression 4 avec turbine à basse pression 5 high pressure pressure washer 3 driven by the turbine, and a low pressure stage 4 with a low pressure turbine 5
et compresseur à basse pression 6 entraîné par celle-ci. and low pressure compressor 6 driven thereby.
La turbine à haute pression 2 et la turbine à basse pres- The high pressure turbine 2 and the low pressure turbine
sion 5 sont des turbines à courant axial et elles sont disposées coaxialement côte à côte. La turbine à haute pression 2 et le compresseur à haute pression 3 de l'étage à haute pression 1 d'une part, et la turbine à basse pression et le compresseur à basse pression 6 de l'étage à basse pression 4, d'autre part, sont placés sur des arbres respectifs 7 et 8 alignés axialement entre eux; en outre, la sortie des gaz d'échappement 9 de la turbine à haute pression 2 est disposée de manière à déboucher directement, sans interposition d'un dispositif de déviation, dans l'entrée des gaz d'échappement 10 de la turbine à basse 5 are axial flow turbines and are arranged coaxially side by side. The high pressure turbine 2 and the high pressure compressor 3 of the high pressure stage 1 on the one hand, and the low pressure turbine and the low pressure compressor 6 of the low pressure stage 4, on the other hand, are placed on respective shafts 7 and 8 aligned axially with each other; in addition, the outlet of the exhaust gases 9 of the high-pressure turbine 2 is arranged so as to open directly, without the interposition of a deflection device, into the exhaust gas inlet 10 of the low-pressure turbine
pression tournant en sens opposé. La turbine à haute pres- pressure rotating in opposite direction. The high pressure turbine
sion 2 de l'étage à haute pression 1 est formée d'une roue de turbine 12, d'un dispositif directeur 12 et d'une volute d'amenée 13 avec tubulure d'aspiration 14 qui, de façon non représentée et en elle-même connue, est reliée directement par une bride au collecteur d'échappement du 2 of the high pressure stage 1 is formed of a turbine wheel 12, a director device 12 and a supply volute 13 with suction pipe 14 which, not shown and in it - even known, is connected directly by a flange to the exhaust manifold of the
moteur à combustion interne a autoallumage, non repré- internal combustion engine with self-ignition, not shown
senté non plus. La turbine à haute pression 2 de l'étage à haute pression 1 est alimentée en service par les gaz d'échappement du moteur indiaués par la flèche 15 et aui, venant du collecteur d'échappement, sont introduits par la tubulure d'admission 14 dans la volute d'amenée 13 de la turbine à haute pression 2. Cette dernière sert à amener uniformément les gaz entrants aux aubes 16 réparties sur tout le pourtour de la roue 11 de la turbine à haute pression 2, et aussi à assurer une grande vitesse des gaz d'échappement. Le compresseur à haute pression 3 est formé d'une roue de compresseur radial 17 avec des aubes 18 felt no more. The high-pressure turbine 2 of the high-pressure stage 1 is supplied in service by the exhaust gases of the engine indicated by the arrow 15 and aui, coming from the exhaust manifold, are introduced through the intake manifold 14 in the supply volute 13 of the high-pressure turbine 2. The latter serves to uniformly bring the incoming gases to the blades 16 distributed around the entire periphery of the wheel 11 of the high-pressure turbine 2, and also to ensure a great exhaust velocity. The high-pressure compressor 3 is formed of a radial compressor wheel 17 with blades 18
convenablement disposées, et d'un carter de compresseur ra- suitably arranged, and a compressor compressor cover
dial 19, muni d'une volute d'évacuation 20 et qui est rac- dial 19, provided with a discharge volute 20 and which is connected with
cordée du côté de l'entrée à un canal d'amenée 22 amenant - suivant la flèche 21 - de l'air précomprimé à la roue de compresseur 17, et du côté de la sortie, par une tubulure de sortie 23, à un tuyau 24 par lequel on peut amener aux chambres de combustion du moteur, dans le sens de la flèche , cet air de suralimentation fortement comprimé dans le compresseur à haute pression 3. Le tuyau 24 est relié de corded on the inlet side to a feed channel 22 feeding - according to the arrow 21 - air precompressed to the compressor wheel 17, and the outlet side, through an outlet pipe 23, to a pipe 24 which can be brought to the combustion chambers of the engine, in the direction of the arrow, the supercharged air supercharged in the high pressure compressor 3. The pipe 24 is connected by
façon non représentée, par l'intermédiaire d'un refroidis- not shown, via a cooling device
seur non représenté non plus, aux admissions correspondan- also not represented, to the corresponding admissions
tes des cylindres du moteur.the engine cylinders.
La sortie des gaz d'échappement 9 de la turbine à haute pression est reliée, par l'intermédiaire The exhaust gas outlet 9 of the high pressure turbine is connected, via
d'un canal de transfert 25, à l'entrée des gaz d'échappe- of a transfer channel 25 at the inlet of the exhaust gas
ment 10 de la turbine à basse pression 5 qui est formée d'une roue 26 avec des aubes 27 uniformément réparties sur le pourtour et traversées axialement, et d'un carter de 10 of the low pressure turbine 5 which is formed of a wheel 26 with vanes 27 uniformly distributed around the circumference and axially traversed, and a housing of
compresseur axial 28 avec volute d'évacuation 29. Le car- axial compressor 28 with discharge volute 29. The cartridge
ter de compresseur axial 28 est relié de façon non repré- axial compressor 28 is connected in a manner that is not
sentée, par une tubulure de sortie 30, à l'échappement du moteur à combustion interne, auquel les gaz d'échappement sont amenés, dans le sens de la flèche 31, après que leur sent through an outlet pipe 30 to the exhaust of the internal combustion engine, to which the exhaust gases are fed, in the direction of the arrow 31, after their
énergie cinétique a été utilisée complètement. kinetic energy has been used completely.
Le compresseur à basse pression 6 comprend une roue de compresseur radial 32 munie d'aubes 33 de structure appropriée, et un carter de compresseur radial 34 en forme de volute. L'air de suralimentation est aspiré par le compresseur à basse pression 6 dans le sens de la flèche 35, en passant par un pot 36 avec silencieux et The low pressure compressor 6 comprises a radial compressor wheel 32 provided with blades 33 of suitable structure, and a radial compressor housing 34 in the form of a volute. The charge air is sucked by the low pressure compressor 6 in the direction of the arrow 35, through a pot 36 with silencer and
filtre à air, il est précomprimé par la roue de compres- air filter, it is precompressed by the compression wheel.
seur radial 32 du compresseur à basse pression 6 et amené, du côté de la sortie du carter 34, dans le sens de la flèche 38, en passant par un tuyau 37, à un refroidisseur intermédiaire 39. Ce dernier est raccordé du côté de la sortie au canal d'amenée d'air qui conduit au compresseur 32 on the outlet side of the housing 34, in the direction of the arrow 38, through a pipe 37, to a cooler 39. The latter is connected to the side of the outlet to the air intake duct leading to the compressor
à haute pression 3.at high pressure 3.
Dans le turbocompresseur à gaz d'échappe- In the exhaust gas turbocharger
ment à deux étages décrits ci-dessus, l'utilisation de l'énergie des gaz d'échappement, ainsi que la compression described above, the use of exhaust energy, as well as the compression of
de l'air de suralimentation, s'effectuent en deux stades. of the charge air, are carried out in two stages.
Le gaz d'échappement arrivant du moteur à combustion interne The exhaust gas coming from the internal combustion engine
dans le sens de la flèche 15, par le collecteur d'échappe- in the direction of arrow 15, by the exhaust manifold
ment, il est utilisé une première fois dans l'étage à haute pression 1 et amené ensuite, en vue d'une nouvelle first time it is used in the high-pressure stage 1 and then brought, with a view to a new
utilisation, à l'étage basse pression 4. Les gaz d'échappe- low pressure stage 4. Exhaust gases
ment qui sont envoyés à la turbine haute pression 2 de sent to the high-pressure turbine 2
l'étage à haute pression perdent dans cet étage une pre- the high-pressure stage lose in this stage a pre-
mière partie de leur énergie, et à la sortie de celui-ci, ils entrent directement dans le canal de transfert 25 qui s'élargit coniquement, puis dans le canal d'entrée part of their energy, and at the output of it, they enter directly into the transfer channel 25 which widens conically, then into the input channel
des gaz d'échappement 10 de l'étage à basse pression 4. exhaust gases 10 of the low pressure stage 4.
Etant donné que l'étage à haute pression 1 et l'étage à basse pression 4 sont adjacents par les côtés frontaux de leurs turbines 2, 5, le parcours que doit accomplir le gaz d'échappement entre les deux étages de turbine est très court. L'élargissement conique du canal de transfert sert à adapter les sections d'écoulement aux rapports de pression du gaz d'échappement. La roue de turbine 26 est garnie à sa circonférence d'aubes 27 qui sont dirigées dans le sens opposé à celui des aubes 16 de la roue de turbine 11 de l'étage à haute pression, et sont inclinées à l'envers de l'écoulement du gaz d'échappement, de sorte que le sens de marche de l'étage haute pression est opposé à celui de l'étage basse pression; -en outre, grâce à Since the high-pressure stage 1 and the low-pressure stage 4 are adjacent by the front sides of their turbines 2, 5, the path that the exhaust gas must accomplish between the two turbine stages is very short. . Conical widening of the transfer channel serves to adapt the flow sections to the pressure ratios of the exhaust gas. The turbine wheel 26 is lined at its circumference with blades 27 which are directed in the opposite direction to that of the blades 16 of the turbine wheel 11 of the high-pressure stage, and are inclined upside down flow of the exhaust gas, so that the direction of operation of the high pressure stage is opposite to that of the low pressure stage; -moreover, thanks to
cette disposition, la direction imprimée au gaz d'échappe- that provision, the direction printed on the exhaust gas
ment à la sortie de la turbine haute pression 2 est exactement celle qui est désirable à l'entrée de la tur- bine basse pression 5. Comme il n'y a pas de changement de The output of the high-pressure turbine 2 is exactly that which is desirable at the inlet of the low-pressure turbine 5. Since there is no change in
direction et que la construction est extrêmement peu en- direction and that the construction is extremely
combrante, les pertes de puissance dans la région située entre les deux étages de turbine sont donc supprimées à peu près complètement. Dans la turbine à basse Pression 5 de l'étage basse pression 4, l'énergie d'écoulement des gaz introduits est convertie par la roue de turbine 26 en énergie de mouvement et ensuite, les gaz d'échappement sont amenés, dans le sens de la flèche 31, en passant par combrante, power losses in the region between the two turbine stages are removed almost completely. In the low pressure turbine 5 of the low pressure stage 4, the flow energy of the introduced gases is converted by the turbine wheel 26 into movement energy and then the exhaust gases are fed in the direction from arrow 31, going through
la volute d'évacuation 29, au tuvau d'échappement non re- the exhaust volute 29, at the exhaust pipe not re-
présenté. L'énergie de mouvement de la turbine à basse present. The energy of movement of the turbine at low
pression 5 est utilisée, dans le compresseur basse pres- pressure 5 is used, in the low pres-
sion 6 accouplé rigidement, pour précomprimer. l'air de suralimentation aspiré dans le sens de la flèche 35. L'air de suralimentation précomprimé est amené par le tuyau 37 au refroidisseur intermédiaire 39, o il est refroidi, puis il est amené par le tuyau 22 au compresseur à haute 6 rigidly coupled, to precompress. the supercharging air sucked in the direction of the arrow 35. The pre-compressed supercharging air is fed through the pipe 37 to the aftercooler 39, where it is cooled, and then it is fed through the pipe 22 to the high-pressure compressor.
pression 3 de l'étage haute pression 1. Cet air de sura- pressure 3 of the high pressure stage 1. This air of super-
limentation précomprimé amené est comprimé davantage dans le compresseur à haute pression 3 par la roue de compresseur radial 17 et ensuite, par la volute d'évacuation 20 et la tubulure de sortie 23 du carter de compresseur radial 19, ainsi que par le tuyau 24, il est amené aux cylindres du The precompressed feed is further compressed in the high-pressure compressor 3 by the radial compressor wheel 17 and then by the exhaust volute 20 and the outlet pipe 23 of the radial compressor housing 19, as well as through the pipe 24, it is brought to the cylinders of the
moteur à combustion interne.internal combustion engine.
Dans un turbocompresseur à gaz d'échappe- In an exhaust gas turbocharger
ment de ce genre, à condition que la section de passage du dispositif directeur 12 soit constante dans toute la gamme de charges - conformément au tireté 40 de la figure 4 -, et que le moment de l'injection reste le même dans toute la gamme de charges comme l'indique le tireté 41 de la figure 2, on obtient les courbes de fonction indiquées en tireté sur les figures 5, 6 et 7, à savoir 42 pour la pression d'allumage P (figure 5), 43 pour le rapport d'air of this kind, provided that the passage section of the steering device 12 is constant throughout the range of loads - in accordance with dash 40 of Figure 4 - and that the moment of injection remains the same throughout the range As shown in dash 41 of FIG. 2, the function curves shown in phantom in FIGS. 5, 6 and 7, namely 42 for ignition pressure P (FIG. 5), 43 for FIG. air ratio
comburant Av (figure 6) et 44 pour la consommation ef- oxidizer Av (Figure 6) and 44 for the consumption
fective de carburant be (figure 7). Sur la figure 3, on a- fective fuel be (Figure 7). In Figure 3, we have
indiqué les domaines de charge du moteur à combustion in- terne; un domaine inférieur de charae (ULB) est défini comme étant le domaine compris entre O et environ 15 % de la pleine charge, dans lequel le moteur fonctionne à une indicated the load ranges of the internal combustion engine; a lower domain (ULB) is defined as the range between 0 and about 15% of the full load, in which the motor operates at a
pression effective moyenne Pme d'environ 4,5 à 5,5 bar. average effective pressure MS of about 4.5 to 5.5 bar.
Le domaine moyen de charge (MLB) est défini comme étant celui compris entre environ 15 % et environ 80 % de la puissance en pleine charge, tandis que le domaine supérieur de charge (OLB) est défini par le domaine supérieur à environ 80 % The average load domain (MLB) is defined as that between about 15% and about 80% of full load power, while the upper load domain (OLB) is defined by the domain greater than about 80%
de la puissance en pleine charge. Pour le cas o la sec- power in full charge. In the case where the
tion d'écoulement du dispositif directeur 12 de la turbine flow rate of the turbine steering device 12
à haute pression 2 de l'étage haute pression 1 du turbo- at high pressure 2 of the high pressure stage 1 of the turbo
compresseur à gaz d'échappement reste inchangée dans- toute exhaust gas compressor remains unchanged in-all
la gamme de charges, conformément au tireté 40 de la fi- load range, in accordance with paragraph 40 of the
gure 4, et o le moment de l'injection reste aussi inchan- 4, and o the moment of injection remains as
gé dans toute la gamme de charges conformément au tireté 41 de la figure 2, il s'établit en pleine charge une pression d'air de suralimentation supérieure à celle qui serait ge in the entire range of loads according to dash 41 of Figure 2, it establishes in full load supercharger air pressure higher than that which would be
nécessaire à la consommation de carburant la plus avanta- necessary for the most fuel-efficient
geuse, et cette plus haute pression d'air de suralimenta- and this higher supercharger air pressure
tion entraîne obligatoirement, en particulier dans le domaine supérieur de charge OLB, un rapport relativement élevé d'air comburant Xv. désavantageux pour la consommation de This entails, particularly in the upper load area OLB, a relatively high ratio of combustion air Xv. disadvantageous for the consumption of
carburant, comme le montre le tireté 43 de la figure 6. fuel, as shown in dash 43 of Figure 6.
La pression d'allumage PZ augmente constamment, conformé- The ignition pressure PZ increases constantly, in accordance with
ment au tireté 42 de la figure 5, en partant d'un minimum, in dash 42 of Figure 5, starting from a minimum,
jusqu'à un maximum fixé par la construction du moteur. up to a maximum set by engine construction.
En vertu des courbes caractéristiques indiquées sur les figures 5 et 6, 42 pour la pression d'allumage PZ et 43 pour le rapport d'air comburant Av, il se produit une consommation caractéristique de carburant, be, correspondant à la courbe en tireté 44 de la figure 7. Cette consommation de carburant résulte des valeurs thermodynamiques qui s'établissent au cours du processus de fonctionnement, et en particulier du rapport entre la pression d'allumage Pz et la pression effective moyenne Pme' Il s'agissait de diminuer notablement cette consommation de carburant, représentée par la courbe 44 By virtue of the characteristic curves shown in FIGS. 5 and 6, 42 for the ignition pressure PZ and 43 for the combustion air ratio Av, there is a characteristic fuel consumption, be, corresponding to the dashed curve 44. This fuel consumption results from the thermodynamic values that are established during the operating process, and in particular the ratio between the ignition pressure Pz and the average effective pressure Pme. this fuel consumption, represented by curve 44
de la figure 7, grâce à des mesures appropriées. Pour ré- of Figure 7, by appropriate measures. For re-
soudre ce problème, on a pris dans le moteur à combustion to solve this problem, we took in the combustion engine
interne les dispositions suivantes, expliquées avec réfé- the following provisions, explained with reference
rence à la figure 1.in Figure 1.
Le dispositif directeur 12 de la turbine The steering device 12 of the turbine
à haute pression 2 de l'étage haute pression 1 du turbo- at high pressure 2 of the high pressure stage 1 of the turbo
compresseur à gaz d'échappement est conçu sous forme régla- exhaust gas compressor is designed in the form of
ble, de sorte que l'on peut faire varier sa section de passage effective QL. A ce dispositif directeur réglable 12 est adjoint un dispositif de réglage 45 dont le signal de réglage peut être appliqué au dispositif directeur 12 pour ble, so that one can vary its effective passage section QL. To this adjustable steering device 12 is added an adjusting device 45 whose adjustment signal can be applied to the steering device 12 for
le régler, comme l'indique schématiquement la ligne 46. adjust it, as shown schematically in line 46.
De son côté, le dispositif de réglage 45 répond à des si- For its part, the adjustment device 45 responds to
gnaux qui lui sont envoyés d'un dispositif de commande 47 par un canal 48. Le dispositif de commande 47 répond lui-même à deux signaux différents qui lui sont envoyés à deux entrées, une première entrée 49 et une deuxième entrée 50. A la première entrée 49 est raccordé, par un canal 52, un dispositif de mesure de la pression d'air de suralimentation 51. Ce dispositif de mesure 51 est relié du côté de l'entrée, Dar un tube de mesure 53, au tuyau 24 par lequel l'air de suralimentation fortement comprimé sortant du compresseur haute pression 3 peut être amené aux différents cylindres du moteur. Le dispositif de mesure 51 capte la pression existante d'air de suralimentation et la transforme en un signal électrique correspondant qui The control device 47 itself responds to two different signals which are sent to it at two inputs, a first input 49 and a second input 50. first inlet 49 is connected by a channel 52 to a device for measuring the supercharging air pressure 51. This measuring device 51 is connected on the input side, Dar a measuring tube 53, to the pipe 24 by which the highly compressed supercharging air exiting the high pressure compressor 3 can be brought to the different cylinders of the engine. The measuring device 51 captures the existing boost air pressure and transforms it into a corresponding electrical signal which
est envoyé au dispositif de commande 47 par le canal 52. is sent to the control device 47 via the channel 52.
Par sa deuxième entrée, le dispositif de commande 47 est By its second input, the control device 47 is
raccordé à un tringlage de guidage 54 représenté schémati- connected to a guide linkage 54 schematically shown
quement, qui, influencé du côté de l'entrée par un régu- which, influenced on the side of entry by a regular
lateur 55, sert à régler le piston d'une pompe d'injec- 55, serves to adjust the piston of an injection pump
tion de carburant 56 faisant suite. Cette dernière est raccordée de façon non représentée, par son tuyau d'aspi- ration 57 à un réservoir de carburant, et par son tuyau de refoulement 58 à un accumulateur à haute pression, non représenté non plus, duquel partent de manière connue des tuyaux de carburant qui vont aux soupapes d'injection des cylindres du moteur. Le piston de commande de la pompe fueling 56 following. The latter is connected in a manner not shown, by its suction pipe 57 to a fuel tank, and by its discharge pipe 58 to a high pressure accumulator, not shown either, from which hoses are known in a known manner. of fuel that go to the engine cylinder injection valves. The control piston of the pump
d'injection de carburant 56 comporte, de façon non re- fuel injection device 56 comprises, in a non-recom-
présentée, une arête de commande oblique au moyen de la- presented, an oblique control edge by means of the-
quelle, dans la gamme supérieure de charges OLB - voir which, in the upper range of OLB loads - see
figure 3 - le moment de l'injection peut être retardé re- figure 3 - the moment of injection can be delayed
lativement à celui des domaines inférieur et moyen de latively to that of the lower and middle domains of
charge, conformément au trait plein 57 de la figure 2. charge, in accordance with solid line 57 of FIG.
Du tringlage de guidage 54 partent, suivant ce décalage et sa position momentanée, des signaux qui peuvent être The guide linkage 54 starts, according to this shift and its momentary position, signals which can be
envoyés par un canal 59 à la deuxième entrée 50 du dispo- sent via a channel 59 to the second input 50 of the
sitif de commande 47.control system 47.
En tirant parti des agencements décrits ci-dessus on peut appliquer, en vue d'obtenir une moindre consommation de carburant, le procédé de fonctionnement du moteur selon l'invention, décrit ci-après. On règle la section de passage QL du dispositif directeur réglable 12 prévu dans la turbine à haute pression 2 de l'étage haute pression 1 du turbocompresseur, de façon que, (a) dans la gamme inférieure de charge ULB - correspondant à la figure 3 - elle soit amenée à la section maximale QLmax - voir le trait plein 60 de la figure 4 - (b), que dans la gamme By taking advantage of the arrangements described above, it is possible to apply, in order to obtain a lower fuel consumption, the operating method of the engine according to the invention, described hereinafter. The flow section QL of the adjustable steering device 12 provided in the high pressure turbine 2 of the high pressure stage 1 of the turbocharger is adjusted so that (a) in the lower load range ULB - corresponding to FIG. - it is brought to the maximum section QLmax - see the solid line 60 of Figure 4 - (b), that in the range
moyenne de charge MLB elle soit amenée à une section mini- MLB load average it is brought to a minimum section
male QLmin (environ 60 à 70 % de la section maximale de QLmin (about 60 to 70% of the maximum section of
passage QLmax - voir le trait plein 61 sur la figure 4 - passage QLmax - see solid line 61 in Figure 4 -
et (c), que dans la gamme supérieure de charge OLB, elle soit amenée à la section maximale de passage Q Lmax, voir le and (c) that in the upper load range OLB, it is fed to the maximum passage section Q Lmax, see
trait plein 62 de la figure 4.solid line 62 of FIG.
1l En outre, dans la gamme supérieure de charge OLB, le moment de l'injection est simultanément retardé relativement à la gamme moyenne de charge, comme l'indique le trait plein oblique 63 sur la figure 2. Le passage d'une section de passage à une autre du disposi- tif directeur 12 s'effectue de préférence de façon continue In addition, in the upper load range OLB, the moment of the injection is simultaneously delayed relative to the average load range, as indicated by the oblique solid line 63 in FIG. 2. The passage of a section of FIG. switching to another of the directing device 12 preferably takes place continuously.
afin d'éviter une retenue dans le-turbocompresseur, en- in order to avoid a retention in the turbocharger,
traînant un pompage éventuel de celui-ci. La commande de ces opérations est assurée par le dispositif de commande 47 qui, au passage dela gamme inférieure à la gamme moyenne de charge, par les signaux envoyés à ses entrées 49 et 50, trailing a possible pumping of it. The control of these operations is provided by the control device 47 which, when passing from the lower range to the average load range, by the signals sent to its inputs 49 and 50,
transmet par le canal 48 un signal de commande au disposi- transmit via channel 48 a control signal to the
tif de réglage 45 qui, en conséquence, et de façon régu- tification 45 which, accordingly, and in a regular manner
lière - conformément au trait plein 64 de la figure 4 -, règle le dispositif directeur 12 à la section minimale de passage QLmin au lieu de la section maximale QLmax qu'il avait précédemment, tandis qu'au passage de la gamme moyenne à la gamme supérieure de charge, à nouveau de in accordance with the solid line 64 of FIG. 4, sets the director device 12 to the minimum passage section QLmin instead of the maximum section QLmax that it previously had, while passing from the middle range to the range higher charge, again from
façon régulière, il la règle à la section maximale. En re- on a regular basis, he adjusts it to the maximum section. In return
tardant le moment de l'injection et en réglant le dispo- delaying the moment of injection and by regulating the
sitif directeur à la section maximale de passage, ce qui supervisor at the maximum crossing section, which
entraîne une diminution de la pression d'air de suralimen- causes a decrease in the air pressure of over-
tation, on peut obtenir dans les cylindres du moteur une oression d'allumage qui, dans la gamme supérieure de charge OLB, garde constamment une valeur qui s'établit en pleine charge; cet état est représenté par le trait plein 65 de la figure 5. En outre, cette mesure permet d'obtenir dans la gamme supérieure de charge OLB un rapport d'air comburant Av qui diminue constamment d'un maximum jusqu'à la valeur de pleine charge, et qui est indiqué sur la figure 6 par la courbe en trait plein 66. A la suite de cette diminution du rapport d'air comburant v In the engine cylinders, an ignition position can be obtained which, in the upper load range OLB, constantly keeps a value which is set at full load; this state is represented by the solid line 65 of FIG. 5. In addition, this measurement makes it possible to obtain in the upper load range OLB a combustion air ratio Av which constantly decreases by a maximum up to the value of fully loaded, and which is indicated in Figure 6 by the curve in full line 66. Following this reduction of the ratio of combustion air v
- provoquée par la diminution de la pression d'air de su- - caused by the decrease of the air pressure of
ralimentation - il s'établit obligatoirement-aussi dans la gamme supérieure de charge une pression finale de compression Pc plus basse. La consommation de carburant - it is also necessary to set a lower final compression pressure Pc in the upper load range. Fuel consumption
résulte des processus et conditions thermodynamiques pen- results from the thermodynamic processes and conditions
dant le fonctionnement, et en particulier des rapports entre la oression d'allumage P et la pression effective the operation, and in particular of the ratios between the ignition orse P and the effective pressure
moyenne P et du rapport P /pc* Etant donné que le rap- average P and P / pc * ratio.
me port P Zpme s'élève dans la gamme supérieure de charge me wearing P Zpme rises in the upper load range
considérée OLB lorsqu'on applique le procédé selon l'in- OLB when applying the process according to the
vention, par suite des paramètres thermodynamiques de fonctionnement plus avantageux, on obtient une moindre consommation de carburant, indiquée sur la figure 7 par le trait plein 67. En charge nominale (100 %), o PZ et As a result of the more advantageous thermodynamic operating parameters, a lower fuel consumption is obtained, indicated in FIG. 7 by the solid line 67. In nominal load (100%), o PZ and
Pme sont fixés par construction, le procédé selon l'inven- Are fixed by construction, the process according to the invention
tion permet d'abaisser la consommation de carburant par réglage du rapport optimal PZ/pc. On voit en outre sur le diagramme de la figure 7 que lorsqu'on applique le procédé de fonctionnement selon l'invention, on peut, à peu près dans une gamme de charge correspondant à 80 % de la pleine charge - donc au passage de la gamme moyenne de charge MLB à la gamme supérieure de charge OLB - obtenir la plus forte diminution de consommation de carburant, indiquée par des flèches, relativement à un moteur à combustion This allows the fuel consumption to be lowered by adjusting the optimum ratio PZ / pc. Furthermore, it can be seen from the diagram of FIG. 7 that when the operating method according to the invention is applied, it is possible, approximately in a load range corresponding to 80% of the full load - therefore to the passage of the medium load range MLB to upper load range OLB - obtain the greatest decrease in fuel consumption, indicated by arrows, relative to a combustion engine
interne dont le turbocompresseur à gaz d'échappement pré- internal combustion engine, including the exhaust turbocharger
sente un dispositif directeur à section invariable. a directional device with an invariable section.
Toutefois, cette moindre consommation de carburant se manifeste, lorscu'on applique le procédé de fonctionnement selon l'invention, non seulement dans la gamme supérieure de charge OLB, mais, comme l'indique le trait plein 68 sur la figure 7, également dans la gamme moyenne de charge MLB. Ce dernier résultat est dû au fait que dans cette However, this lower fuel consumption is manifested, when applying the operating method according to the invention, not only in the upper load range OLB, but, as indicated by the solid line 68 in FIG. 7, also in FIG. the average range of MLB charge. This last result is due to the fact that in this
gamme moyenne de charge MLB, l'aire de la section d'écou- average MLB load range, the area of the listening section
lement du dispositif directeur 12 est réglée au passage minimal, et qu'ainsi, malgré la moindre quantité de gaz d'échappement amenée au turbocompresseur, de l'air de suralimentation à plus haute pression peut être amené aux chambres de combustion, ce qui donne une pression d'allumage P. qui, comme le montre le trait plein 69 de la figure 5, diminue relativement à la pression d'allumage en pleine charge mais est encore supérieure dans une certaine mesure à la pression d'allumage, représentée par le The steering device 12 is adjusted to the minimum flow, and thus, in spite of the smaller amount of exhaust gas supplied to the turbocharger, supercharger air at higher pressure can be supplied to the combustion chambers, which gives an ignition pressure P. which, as shown by the solid line 69 of FIG. 5, decreases with respect to the ignition pressure at full load but is still to a greater extent to a certain extent than the ignition pressure, represented by the
tireté 42, qui s'établit dans le cas d'un dispositif di- 42, which is established in the case of a
recteur réglé au passage maximal dans cette gamme de charge. rector set to maximum flow in this load range.
Etant donné qu'ainsi, également dans la gamme moyenne de charge MLB, la pression d'allumage PZ est plus élevée Since thus, also in the medium MLB load range, the ignition pressure PZ is higher
lorsqu'on applique le procédé selon l'invention, il s'éta- when the method according to the invention is applied, it is
blit obligatoirement, dans cette région aussi, un plus obligatory, in this region also, a more
grand rapport entre pression d'allumage et pression effec- ratio of ignition pressure to actual pressure
tive moyenne (Pz/pme), ce qui est le critère de la moin- average (Pz / ss), which is the criterion of the least
dre consommation de carburant également dans cette gamme dre fuel consumption also in this range
de charge.charge.
Dans la gamme de charge la plus basse - In the lowest load range -
inférieure à 10 % - on ne peut pas réaliser de progrès notable quant à la consommation de carburant relativement aux procédés connus car dans cette gamme, étant donné la quantité de gaz d'échappement relativement petite et donc l'insuffisance d'énergie utilisable, les avantages d'un turbocompresseur à gaz d'échappement ne peuvent guère less than 10% - no significant progress can be made with regard to fuel consumption in relation to the known processes, since in this range, given the relatively small amount of exhaust gas and therefore the insufficient usable energy, the benefits of an exhaust turbocharger can hardly
se faire sentir.to be smelled.
On voit par les explications ci-dessus qu'en appliquant le procédé selon l'invention, on obtient les avantages de celui-ci en particulier dans les gammes moyenne et supérieure de charge ainsi qu'en pleine charge, donc de 15 à 100 % de charge environ. Toutefois, comme ce sont là, de façon généralement connue, les gammes de charge les plus fréquentes dans un moteur à combustion interne, les avantages du procédé selon l'invention, en particulier la moindre consommation de carburant que l'on It can be seen from the explanations above that, by applying the method according to the invention, the advantages of this one are obtained in particular in the medium and upper ranges of charge as well as in full load, ie from 15 to 100%. about charge. However, as these are generally known, the most frequent charge ranges in an internal combustion engine, the advantages of the method according to the invention, in particular the lower fuel consumption that one
peut obtenir, se font pratiquement sentir complètement. can get, are practically felt completely.
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