FR2497873A1

FR2497873A1 - Moteur a combustion interne equipe d'un turbocompresseur a gaz d'echappement

Info

Publication number: FR2497873A1
Application number: FR8115876A
Authority: FR
Inventors: Hans Dinger
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1981-01-13
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1982-07-16
Also published as: IT8149684A0; FR2497873B1; IT1142986B; DE3100732C2; GB2090913B; DE3100732A1; US4453381A; GB2090913A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE D'UN TURBOCOMPRESSEUR A GAZ D'ECHAPPEMENT. DANS LEDIT MOTEUR, UN COMPRESSEUR SUPPLEMENTAIRE 21, ASSUJETTI A UNE MASSELOTTE SUPPLEMENTAIRE 22, EST ENTRAINE EN PERMANENCE PAR UN MECANISME AUXILIAIRE D'ENTRAINEMENT 23 PENDANT LA DUREE DE FONCTIONNEMENT DUDIT MOTEUR 11. CE COMPRESSEUR 21 PEUT ETRE FERME COTE REFOULEMENT, AFIN DE REDUIRE SA PUISSANCE D'ENTRAINEMENT ET, SI NECESSAIRE, IL PEUT ETRE UTILISE POUR DELIVRER DE L'AIR AUDIT MOTEUR 11, PAR UNE OUVERTURE DES DISPOSITIFS OBTURATEURS 24 SITUES COTE REFOULEMENT. APPLICATION A LA SURALIMENTATION DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE PAR GAZ D'ECHAPPEMENT.

Description

La présente invention se rapporte à une

machine ou moteur à combustion interne comportant des compres-

seurs d'alimentation entraînés par des turbines à gaz d'échap-

pement, dans les conduits d'air desquels se trouvent des cla-

pets automatiques ne permettant une circulation d'air que du

compresseur vers ledit moteur à combustion interne, et compor-

tant au moins un compresseur supplémentaire qui, entraîné par un mécanisme d'entraînement auxiliaire, assure l'alimentation en air dudit moteur à combustion interne lorsque l'énergie

des gaz d'échappement fait défaut.

Un tel moteur à combustion interne a été décrit dans la demande de brevet DE-AS 1 102 479. Au moyen

d'un compresseur supplémentaire d'alimentation entraîné élec-

triquement, la pression nécessaire et la quantité nécessaire d'air d'alimentation peuvent être produites lors du démarrage et de l'accélération du moteur, ou bien lorsque se produit une forte contrainte soudaine, donc dans tous les cas o les

turbocompresseurs à gaz d'échappement ne peuvent pas fonc-

tionner ou fonctionnent de manière insuffisante par défaut de gaz d'échappement. Dans ce cas, les clapets automatiques

disposés dans les conduits d'air des turbocompresseurs empê-

chent que l'air d'alimentation refoulé par le compresseur sup-

plémentaire ne s'échappe.

L'inconvénient réside alors dans le fait que la soufflante supplémentaire, qui doit présenter une capacité

d'absorption correspondant à peu près à la puissance des tur-

bines, nécessite la présence d'un moteur d'entraînement dimen-

sionné à cet effet, ainsi que d'une source d'énergie alimen-

tant ce moteur d'entraînement. Outre un prix d'achat élevé, cela entraîne un grand encombrement et un poids supplémentaire

important. En outre, en cas de besoin, la soufflante supplé-

mentaire doit pouvoir être amenée à une vitesse angulaire avoi-

sinant tout d'abord au moins sa vitesse angulaire nominale avant qu'elle puisse fournir la pression et la quantité d'air

d'alimentation nécessaires.

Le temps requis à cet effet augmente à nouveau

le temps nécessaire à l'accélération dumotcur à combustion interne.

La présente invention a par conséquent pour objet de pallier les inconvénients décrits ci-avant de la

solution connue.

Selon les caractéristiques essentielles de l'invention, le compresseur supplémentaire est assujetti de

manière connue à une masselotte supplémentaire; il est entraî-

né en permanence par le mécanisme d'entraînement auxiliaire pendant la durée du fonctionnement du moteur à combustion interne; il peut être obturé côté refoulement pour réduire

sa puissance d'entraînement; et il peut être utilisé si néces-

saire pour délivrer de l'air au moteur à combustion interne, par une ouverture des dispositifs obturateurs situés cCté refoulement.

Grâce à ces mesures, lorsque le moteur à com-

bustion interne fonctionne avec une énergie des gaz d'échappe-

ment trop faible, donc lorsque les turbocompresseurs lui dé-

livrent une quantité d'air insuffisante, ce moteur reçoit de l'air d'alimentation supplémentaire,dont la pression et la quantité dépendent en premier lieu de l'énergie emmagasinée dans la masselotte en révolution, puis seulement en second lieu de l'importance de la puissance du mécanisme auxiliaire d'entraînement. La suralimentation auxiliaire est déclenchée intégralement dès que les dispositifs interrompant le débit

d'air sont ouverts. Pour enclencher et déclencher cette sur-

alimentation auxiliaire, il n'est pas besoin d'avoir recours à des organes de commande compliqués, onéreux et sujets à des pannes. La puissance du mécanisme auxiliaire d'entraînement

peut être maintenue faible, car on dispose d'un temps suffi-

sant entre les cas d'urgence individuels pour accélérer à

nouveau la masselotte.

De même, l'utilisation et l'importance du moteur d'entraînement du mécanisme auxiliaire,de sa source d'énergie et, le cas échéant, de son accumulateur d'énergie,

conservent ainsi des limites raisonnables. Par suite des gran-

des vitesses angulaire pour lesquelles les compresseurs sont conçus en règle générale, une petite masselotte suffit pour accumuler l'énergie nécessaire. Cette masselotte peut, par

exemple, être obtenue de manière simple en augmentant l'épais-

seur du disque de la roue à ailettes du compresseur.

Pour éviter des pertes de pression lorsque l'air d'alimentation supplémentaire pénètre en traversant les roues à ailettes du compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement, l'air d'alimentation délivré par le compresseur supplémentaire est commodément emmagasiné dans le conduit

d'air d'alimentation,côté pression,du turbocompresseur.

Cependant, dans des conditions de fonctionne-

ment instables (lorsque les compresseurs fonctionnent comme

des pompes),il peut être nécessaire de stocKer l'air d'alimen-

tation délivré par le compresseur supplémentaire dans le con-

duit d'aspiration du turbocompresseur à gaz d'échappement.

Dans le brevet DE-PS-837 940, un compresseur

entraîné par le moteur au moyen d'un accouplement libre com-

porte une masselotte supplémentaire. De ce fait, lorsque la

vitesse angulaire du moteur décroît, le compresseur est désac-

couplé du moteur et il est entraîné par la masselotte. Dans

ce cas, une quantité relativement plus grande d'air est déli-

vrée au moteur. Cependant, cela ne peut pas permettre d'amé-

liorer les caractéristiques de l'air d'alimentation, ni au démarrage, ni lors d'une accélération après une période de fonctionnement au ralenti. De plus, un compresseur entraîné par un moteur ne soulève pas les difficultés inhérentes aux turbocompresseur à gaz d'échappement. En revanche, il faut tenir compte d'autres difficultés (telles qu'un excédent

d'air d'alimentation à de grandes vitesses angulaires et lors-

que la puissance du moteur à combustion interne est faible et

que l'absorption de puissance du compresseur est correspon-

dante). Par ailleurs, l'utilisation d'un accouplement libre n'est pas sans poser des problèmes en présence des vitesses

angulaires élevées du compresseur.

En outre, les demandes de brevets DE-OS-

2 a40 375 et OE-OS-2 812 950 ont déjà proposé d'accoupler si nécessaire au turbocompresseur à gaz d'échappement, par

l'intermédiaire d'un accouplement libre ou à l'aide d'un dis-

positif d'accouplement, un volant d'inertie, amené et maintenu

à la vitesse de rotation requise par un mécanisme d'entraine-

ment rapporté. Toutefois, un fonctionnement sûr et sans pro-

blèmes de ces éléments n'est pas garanti, par suite des vites-

ses de rotation extraordinairement grandes. Le dispositif de montage des turbocompresseurs à gaz d'échappement, qui, par

suite des grandes vitesses angulaires et des dilatations ther-

miques importantes, doit présenter un jeu conséquent et doit

par conséquent être maintenu en place par la pression de l'hui-

le de lubrification, réagit avec une grande sensibilité à une

variation des forces de portée lorsque ces dernières sont con-

juguées à un processus d'accouplement, de sorte que, pour

cette raison également il faut s'attendre à des pannes.

L'invention va à présent être décrite plus

en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nul-

lement limitatifs et sur lequel:

la figure 1 est une représentation schémati-

que d'un compresseur supplémentaire, l'air d'alimentation sup-

plémentaire étant emmagasiné cûté pression du turbocompres-

2.0 seur à gaz d'échappement, dans le conduit d'air d'alimenta-

tion a et

la figure 2 est une représentation schémati-

que correspondant à la figure 1 et illustrant le stockage de

l'air l'alimentation supplémentaire dans le conduit d'aspira-

tien dudit turbocompresseur à gaz d'échappement.

Les figures illustrent une machine ou moteur à combustion interne 11 associé à un turbocompresseur 12 à gaz d'échappement, dont une turbine 13 communique avEc ledit moteur par l'intermédiaire d'un conduit de gaz d'échappement 14. Un compresseur 15 aspire de l'air d'alimentation par un conduit d'aspiration 16 et il refoule cet air dans un conduit

17 collecteur d'air d'alimentation du moteur à combustion in-

terne. Un clapet automatique 18, disposé dans le conduit d'as-

piration 16 du compresseur 15, ne permet une circulation de

l'air que dudit compresseur 15 audit moteur 11.

Un compresseur supplémentaire 21 est assujetti à une masselotte supplémentaire 22 et il est entraîné par un mécanisme auxiliaire d'entraînement 23. Ce mécanisme auxiliaire 23 peut être, par exemple, un moteur électrique, pneumatique

ou hydraulique, dont la puissance est délivrée par un généra-

teur, un compresseur ou une pompe hydraulique entraîné par le moteur à combustion interne, le cas échéant par l'intermé- diaire d'un accumulateur (batterie, réservoir d'air comprimé ou accumulateur hydraulique). Ce compresseur supplémentaire 21 peut être fermé côté refoulement par des robinets 24 qui

peuvent être commandés.

Sur la figure 1 le compresseur supplémentaire

peut être relié au conduit collecteur 17 du moteur à combus-

tion interne et, sur la figure 2, l'air d'alimentationdélivré

par ce compresseur supplémentaire,est emmagasiné dans le con-

duit d'aspiration 16 du turbocompresseur après que les robin-

nets 24 ont été ouverts.

En fonctionnement normal du moteur à combus-

tion interne, les robinets 24 sont fermés. De ce fait, la

capacité d'absorption de puissance du compresseur supplémen-

taire 21 est fortement réduite et le mécanisme auxiliaire 23 est à même d'accélérer ledit compresseur 21 et la masselotte supplémentaire 22 jusqu'à une vitesse angulaire admissible, et de maintenir cette vitesse angulaire. La suralimentation

du moteur 11 est assurée de manière connue par le turbocom-

presseur 12 à gaz d'échappement. Lorsque cette suralimentation n'est plus du tout possible ou n'est possible que de manière insuffisante, par suite d'un manque de gaz d'échappement, par

exemple lors d'une accélération ou lorsque le moteur à combus-

tion interne est soumis à une contrainte soudaine, le compres-

seur supplémentaire 21 est mis en service de manière simple en ouvrant les robinets 24. Cette mise en service peut être commandée, par exemple, en fonction de la pression de l'air

d'alimentation, de la vitesse angulaire et de la quantité déli-

vrée.

Le compresseur supplémentaire délivre provi-

soirement l'air d'alimentation nécessaire au moteur à combus-

tion interne ou bien complète la quantité d'air d'alimenta-

tion des turbocompresseurs. Il puise la puissance dont il a besoin à cet effet dans l'énergie accumulée dans son volant d'intertie, et dans la puissance d'entraînement du mécanisme auxiliaire. Grâce à l'air supplémentaire qu'il reçoit, le moteur à combustion interne peut brûler davantage de car- burant et augmenter sa vitesse angulaire et sa puissance dans des délais très brefs, jusqu'à ce que la quantité de gaz

d'échappement produite suffise à nouveau pour que les turbo-

compresseurs préparent de l'air d'alimentation. Ensuite, le compresseur supplémentaire est à nouveau mis hors service par une fermeture de ses conduits d'air. Sa vitesse angulaire,

diminuée du fait du prélèvement d'énergie, est ensuite à nou-

veau accrue par le mécanisme auxiliaire d'entraînement.

La masselotte, le mécanisme auxiliaire d'en-

trainement et le compresseur supplémentaire doivent être con-

çus de telle sorte que l'intervalle de temps disponible jus-

qu'à l'accélération ou la contrainte suivante soit suffisant

pour accélérer le compresseur et sa masselotte jusqu'à la vi-

tesse angulaire nominale nécessaire.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur à combustion interne décrit

et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Moteur à combustion interne équipé de compresseurs d'air d'alimentation entraînés par des turbines à gaz d'échappement, dans les conduits d'air desquels se trouvent des clapets automatiques n'autorisant une circula-

tion d'air que du compresseur audit moteur à combustion in-

terne, et comportant au moins un compresseur supplémentaire qui, entraîné par un mécanisme auxiliaire d'entraînement, assure l'alimentation en air dudit moteur à combustion interne lorsque l'énergie des gaz d'échappement est insuffisante

moteur caractérisé par le fait que ledit compresseur supplémen-

taire (21) est assujetti de manière connue à une masselotte

supplémentaire (22); que ce compresseur est entraîné en per-

manence par ledit mécanisme auxiliaire d'entraînement (23) pendant la durée de fonctionnement dudit moteur à combustion

interne (113; que ce compresseur peut être fermé côté refou-

lement afin de réduire sa puissance d'entraînement; et que, en cas de besoin ledit compresseur peut être utilisé pour délivrer de l'air audit moteur (11), par une ouverture des

dispositifs obturateurs (24) situés coté refoulement.

2. Moteur à combustion interne selon la re-

vendication 1, caractérisé par le fait que l'air d'alimenta-

tion délivré par le compresseur supplémentaire (21) est emma-

gasiné côté pression des turbocompresseurs (12) à gaz d'échap-

pement, dans le conduit d'air d'alimentation.

3. Moteur à combustion interne selon la re-

vendication 1, caractérisé par le fait que l'air d'alimenta-

tion délivré par le compresseur supplémentaire (21) est emma-

gasiné dans le conduit d'aspiration (16) des turbocoinpresseurs

(12).