FR2534971A1 - METHOD AND DEVICE FOR SUPPLYING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY EXHAUST GAS TURBOCHARGER - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR SUPPLYING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY EXHAUST GAS TURBOCHARGER Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF DE SURALIMENTATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE PAR TURBOCOMPRESSEUR A GAZ D'ECHAPPEMENT. DANS LEDIT DISPOSITIF EQUIPANT UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A PLUSIEURS CYLINDRES EQUIPE D'UNE SURALIMENTATION COMBINEE PROVOQUEE PAR UN TURBOCOMPRESSEUR 5, 7 ET DES ORGANES D'ADMISSION 9, 8 ET D'ECHAPPEMENT 2, 3, 4 APTES A OSCILLER, LESDITS ORGANES D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT SONT RELIES PAR UNE LIAISON 13 A UN SYSTEME OSCILLANT APTE A RESONNER ET DONT LA FREQUENCE PROPRE PROVOQUANT LA SURALIMENTATION EST PROCHE DE LA FREQUENCE D'EXCITATION. UN ORGANE D'ISOLEMENT 14 INCORPORE DANS LA LIAISON 13 RELIE LES COMPOSANTS D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT DU SYSTEME OSCILLANT LORSQUE LA PRESSION EST PLUS FORTE DU COTE ADMISSION QUE DU COTE ECHAPPEMENT. APPLICATION AUX MOTEURS A COMBUSTION INTERNE A SURALIMENTATION COMBINEE.The invention relates to a method and a device for supercharging an internal combustion engine by an exhaust gas turbocharger. IN THIS DEVICE EQUIPPING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SEVERAL CYLINDERS EQUIPPED WITH A COMBINED SUPERCHARGER POWERED BY A TURBOCHARGER 5, 7 AND INTAKES 9, 8 AND EXHAUST 2, 3, 4 SUITABLE TO OSCILLATE, THE SAID PARTS D THE INTAKE AND EXHAUST ARE CONNECTED BY A LINK 13 TO AN OSCILLATING SYSTEM CAPABLE OF RESONTING AND WHOSE OWN FREQUENCY CAUSING THE OVERFURNING IS CLOSE TO THE EXCITATION FREQUENCY. AN ISOLATION BODY 14 INCORPORATED IN LINK 13 CONNECTS THE INTAKE AND EXHAUST COMPONENTS OF THE OSCILLATING SYSTEM WHEN THE PRESSURE IS GREATER ON THE INLET SIDE THAN THE EXHAUST SIDE. APPLICATION TO INTERNAL COMBUSTION ENGINES WITH COMBINED SUPERCHARGING.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de suralimentation d'uneThe present invention relates to a method of supercharging a

machine ou moteur à combustion interne par turbocompresseur à gaz d'échappement, en utilisant un compresseur monté côté admission et une turbine située côté échappement, et en tirant parti des oscillations gazeuses  an exhaust gas turbocharger internal combustion engine or engine, using a compressor mounted on the intake side and a turbine located on the exhaust side, and taking advantage of the gaseous oscillations

au moyen d'un système oscillant.by means of an oscillating system.

La suralimentation par turbocompresseur est actuellement le moyen de loin le plus connu pour augmenter  Turbocharging is currently by far the best known way to increase

la puissance spécifique d'un moteur à combustion interne.  the specific power of an internal combustion engine.

Cependant, les caractéristiques d'absorption différentes du turbocompresseur et du moteur à combustion interne à quatre temps soulèvent des problèmes d'adaptation très complexes, en particulier lorsque le moteur à combustion interne doit être conçu pour une plage la plus vaste possible de fortes pressions moyennes, comme cela est nécessaire pour des moteurs de véhicules modernes Par conséquent, toute adaptation d'-un turbocompresseur à un moteur devéhicule à quatre temps constitue en fin de compte un compromis entre des valeurs optimales de fonctionnement à un instant de  However, the different absorption characteristics of the turbocharger and the four-stroke internal combustion engine raise very complex adaptation problems, particularly when the internal combustion engine has to be designed for the widest possible range of high average pressures. As is necessary for modern vehicle engines Therefore, any adaptation of a turbocharger to a four-stroke vehicle engine is ultimately a compromise between optimum operating values at a time of

fonctionnement choisi et un domaine ou plage de fonctionne-  chosen operation and a field or operating range

ment utile le plus étendu possible.  as much as possible.

Toute une série de mesures est connue pour surmon-  A whole series of measures is known to overcome

ter ces difficultés et pour élargir le plus possible la plage de fonctionnement utile de moteurs suralimentés par des  these difficulties and to widen as much as possible the useful operating range of supercharged

turbocompresseurs.turbochargers.

Par exemple, pour de petits moteurs, il est en général courant de disposer une soupape de décharge en aval du compresseur ou en amont de la turbines en vue de régler  For example, for small engines, it is generally common to have a relief valve downstream of the compressor or upstream of the turbines to regulate

la pression maximale de su ralimentation.  the maximum pressure of supraimentation.

Il est en outre connu de combiner la suralimenta-  It is also known to combine the supercharging

tion par turbocompresseur à une suralimentation obtenue par  turbocharger to a supercharging obtained by

un système de résonance Dans ce qu'on appelle la "suralimen-  a system of resonance In what is called the "overeating"

tation par résonance' on utilise des systèmes qui, fonc-  resonance system, systems are used which

tionnant par les oscillations des gaz frais et harmonisés  by oscillations of fresh and harmonized gases

en fonction de la résonance, comportent des tubes de réso-  depending on the resonance, contain resonance tubes

nance et éventuellement des cuves de résonance Ces derniers forment alors un système oscillant dont le nombre spécifique d'oscillations peut être bien déterminé Le principe de la suralimentation par résonance peut être appliqué isolément, ou bien précisément être conjugué à une suralimentation par  The latter then form an oscillating system whose specific number of oscillations can be well determined. The principle of resonance boosting can be applied in isolation, or it can be precisely combined with a supercharging system.

turbocompresseur pour constituer ce qu'on appelle une "sura-  turbocharger to constitute what is called a "supercharger"

limentation combinée" Lorsque cet agencement oscillant est intercalé entre le turbocompresseur ou le conduit d'amenée d'air et le cylindre et lorsque, par suite de la course du piston lors du fonctionnement du moteur pendant les périodes d'aspiration qui se succèdent, il est excité à une fréquence proche de son nombre spécifique d'oscillations, il se produit une résonance et cela provoque des oscillations de pression amplifiées grâce auxquelles, sous l'action des surpressions dues aux oscillations et se produisant à un instant considéré  When this oscillating arrangement is interposed between the turbocharger or the air supply duct and the cylinder and when, as a result of the piston stroke during operation of the engine during successive suction periods, it is excited at a frequency close to its specific number of oscillations, a resonance occurs and this causes amplified pressure oscillations by virtue of which, under the action of the overpressures due to the oscillations and occurring at a moment considered

lorsque la soupape d'admission est fermée, le taux de rende-  When the intake valve is closed, the rate of return

ment des cylindres peut être notablement amélioré dans une plage de vitesses angulaires souhaitée, par comparaison avec des moteurs à combustion interne qui ne comportent pas une telle suralimentation par résonance Des considérations plus détaillées à ce sujet ont été publiées par exemple dans la revue "IMTZ Notortechnische Zeitschrift", N O 32 ( 1971), pages  The cylinders can be significantly improved in a desired range of angular velocities, compared with internal combustion engines which do not have such a resonance boost. More detailed considerations in this regard have been published for example in the journal "IMTZ Notortechnische Zeitschrift ", No. 32 (1971), pages

368 à 373 et no 39 ( 1978),pages 447 à 451.  368 to 373 and 39 (1978), pages 447 to 451.

En plus de tels dispositifs placés côté admission et équipés d'un système oscillant harmonisé en fonction de la résonance, la disposition d'un système oscillant cité échappement est, par exemple, connue d'après le document DE-A-2 914 691 Le procédé décrit dans ce document prévoit de séparer l'absorption ou le rendement d'un moteur à quatre  In addition to such devices placed on the intake side and equipped with an oscillating system harmonized according to the resonance, the provision of an oscillating system quoted exhaust is, for example, known from the document DE-A-2 914 691. The method described in this document provides for the separation of the absorption or the efficiency of a four-engine

temps et d'un turbocompresseur, de telle façon que les condi-  time and a turbocharger, so that the conditions

tions de fonctionnement de ce dernier soient proches de celles du principe pur et simple d'une turbine à gaz Pour  operating conditions of the latter are close to those of the pure and simple principle of a gas turbine

provoquer cette séparation, un conduit de jonction (dériva-  cause this separation, a connecting duct

tion) relie le collecteur d'admission, en aval du compresseur,  tion) connects the intake manifold, downstream of the compressor,

au collecteur d'échappement en amont de la turbine Ce con-  at the exhaust manifold upstream of the turbine

duit de jonction est branché parallèlement au moteur Une  junction box is connected parallel to the motor

valve incorporée dans ce conduit de jonction permet de régu-  valve incorporated in this connecting duct makes it possible to

ler le courant d'air qui le parcourt En tirant parti de l'énergie des pulsations engendrée par le mouvement des gaz du moteur et provenant d'une part des variations-de pression *de l'air de suralimentation côté aspiration et, d'autre part, des variations de pression du système d'échappement du côté de l'échappement, le conduit de'jonction doit provoquer une différence de pression tellement grande qu'une grande quantité d'air doit affluer par ce conduit de jonction lors du fonctionnement sous charge partielle, et cela même lorsque la pression moyenne en amont de ce conduit de jonction est plus faible que la pression moyenne qui règne en aval de ce dernier Cela permet d'obtenir, en plus d'unaccroissement de la pression de l'air de suralimentation, une amélioration du comportement à l'accélération d'un moteur ainsi équipé, de préférence dans la plage de fonctionnement sous charge partielle dans laquelle il faut s'attendre à un besoin en  the current of air flowing through it Taking advantage of the pulsation energy generated by the movement of the engine gases and originating on the one hand from the pressure variations * of the supercharging air on the suction side and, on the other hand, on the other hand, pressure variations of the exhaust system on the exhaust side, the connecting duct must cause a pressure difference so great that a large amount of air must flow through this connecting duct during operation. under partial load, and this even when the average pressure upstream of the junction conduit is lower than the average pressure prevailing downstream thereof It allows to obtain, in addition to an increase in air pressure supercharged, an improvement in the acceleration behavior of a motor thus equipped, preferably in the operating range under partial load in which it is to be expected a need for

air maximal.maximum air.

Un procédé technique analogue de suralimentation, décrit dans a revue "Entropie", n 48 ( 1972), pages 5 à 12, prévoit en plus de disposer une chambre de combustion dans  A similar technical process of supercharging, described in a review "Entropy", No. 48 (1972), pages 5 to 12, provides in addition to have a combustion chamber in

le conduit de jonction mentionné.the mentioned connecting duct.

Les systèmes connus à résonance situés du côté de l'air de suralimentation, dans lesquels les courses d'aspiration se produisant cycliquement provoquent en cas de résonance une onde-dans le système d'admission, présentent cependant des inconvénients qui s'opposent à leur large utilisation L'énergie d'excitation absorbe du travail développé par le mouvement des gaz, ce qui augmente la consommation en carburant Dans de nombreux cas d'utilisation (nombre de cylindres), les amplitudes de pression pouvant être créées sont trop faibles pour qu'une suralimentation efficace puisse être garantie La largeur de la bande de fréquence efficace est relativement petite En revanche, des systèmes de résonance placés côté échappement n'apportent  The known resonance systems situated on the charge air side, in which the cyclically induced suction strokes cause a wave-in the intake system in the case of resonance, nevertheless have disadvantages which oppose them. wide use Excitation energy absorbs work developed by the movement of gases, which increases fuel consumption In many cases of use (number of cylinders), the pressure amplitudes that can be created are too small for efficient over-feeding can be guaranteed The width of the effective frequency band is relatively small On the other hand, resonance systems placed on the exhaust side do not

aucune amélioration et exercent même des effets négatifs.  no improvement and even exert negative effects.

A cela s'ajoute, d'une manière générale, que l'agencement et la conception d'un système de résonance constituent toujours un compromis entre un rendement optimal, des  In addition, in general, the arrangement and design of a resonance system always constitutes a compromise between optimum performance,

dimensions acceptables des composants et des pertes d'écoule-  acceptable dimensions of components and flow losses

ment admissibles dans le système d'admission Dans ce cas, la question du dimensionnement devient d'autant plus critique  In this case, the question of sizing becomes all the more critical.

que le spectre de la fréquence de résonance est bas.  that the spectrum of the resonant frequency is low.

L'invention a par conséquent pour objet, par comparaison avec les systèmes connus de suralimentation, d'augmenter les amplitudes de pression du côté admission (et donc l'effet de suralimentation), de diminuer l'absorption de travail du mouvement des gaz pour l'excitation, et de dissocier le turbocompresseur du moteur de façon à pouvoir le faire fonctionner dans une plage de fonctionnement plus favorable. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que les organes d'admission et les  It is therefore an object of the invention, in comparison with known supercharging systems, to increase the pressure amplitudes on the intake side (and thus the supercharging effect), to reduce the work absorption of the movement of gases to excitation, and dissociate the turbocharger from the engine so that it can operate in a more favorable operating range. For this purpose, the method according to the invention is characterized by the fact that the admission organs and the

organes d'échappement du moteur sont reliés par une liaison pour consti-  exhaust components of the engine are connected by a connection for

tuer un système oscillantapteà résonner,lorsque la pression  to kill an oscillating system capable of resonating when the pressure

régnant en aval du compresseur est plus grande que la pres-  downstream of the compressor is greater than the pressure

sion régnant en amont de la turbine.  prevailing upstream of the turbine.

Conformément à l'invention, un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, équipant un moteur à pistons  According to the invention, a device for implementing this method, equipping a piston engine

à combustion interne muni de plusieurs cylindres, surali-  internal combustion engine with multiple cylinders,

menté par turbocompresseur à gaz d'échappement et comprenant des organes d'admission, des organes de liaison et des organes d'échappement aptes à osciller, est caractérisé par  an exhaust gas turbocharger and comprising intake members, connecting members and escapement members capable of oscillating, is characterized by

le fait que des organes d'admission, des organes d'échappe-  the fact that intake organs, escape

ment ainsi qu'une liaison entre ces derniers) sont harmonisés en fonction d'un système oscillant dont la fréquence propre provoquant la suralimentation est proche de la fréquence d'excitation; et par le fait qu'est incorporé dans ladite liaison un organe d'isolement qui relie les composants d'admission et les composants d'échappement du système oscillant lorsque la pression régnant côté admission est  as well as a connection between them) are harmonized according to an oscillating system whose frequency causing the supercharging is close to the excitation frequency; and in that there is incorporated in said connection an isolating member which connects the intake components and the exhaust components of the oscillating system when the pressure on the intake side is

plus forte que celle qui règne côté échappement.  stronger than that prevailing on the exhaust side.

L'utilisation, proposée par l'invention, du côté échappement pour former le circuit oscillant de résonance permet d'obtenir des avantages considérables Tout d'abord, le problème de dimensionnement précité est d'une façon générale édulcoré L'énergie nécessaire à l'excitation d'une onde stationnaire concerne un endroit dans lequel elle est  The use, proposed by the invention, of the exhaust side to form the resonance oscillating circuit makes it possible to obtain considerable advantages. Firstly, the above-mentioned dimensioning problem is generally water-softened. excitation of a standing wave concerns a place in which it is

disponible en grandes quantités et dans une succession cycli-  available in large quantities and in a cyclical succession

que utilisable lors d'un regroupement approprié L'utilisa-  that can be used in an appropriate grouping.

tion, dans le réseau d'échappement, des pulsations de pression (qui demeurent sinon inutilisées) pour exciter le système oscillant côté admission permet d'obtenir de plus grandes amplitudes de pression Le même effet provoque un abaissement de la pression dans la zone située entre les pulsations, ce qui réduit de nouveau le travail provoqué par le mouvement des gaz, donc aussi la consommation de carburant En même temps, les caractéristiques d'absorption du moteur et du turbocompresseur sont dissociées, avec les  In the exhaust system, pressure pulsations (which are otherwise not used) to excite the oscillation system on the intake side provide greater amplitudes of pressure. The same effect causes a lowering of the pressure in the zone between the pulsations, which again reduces the work caused by the movement of the gases, thus also the fuel consumption At the same time, the absorption characteristics of the engine and the turbocharger are dissociated, with the

avantages que cela implique.benefits that entails.

L'organe d'isolement peut consister en un clapet anti-retour qui est monté dans la liaison d'une manière telle qu'il autorise seulement un écoulement du côté admission  The isolation device may consist of a non-return valve which is mounted in the connection in such a way that it only allows a flow on the intake side

au côté échappement Dans ce cas, le turbocompresseur fonc-  at the exhaust side In this case, the turbocharger

tionne de manière entièrement libre et il présentera toujours un degré optimal de rendement à l'état de fonctionnement  is completely free and will always have an optimum degree of efficiency in the operating state

stationnaire.stationary.

Cependant, lorsqu'on souhaite remettre les gaz d'échappement en circulation à cause de la qualité de ces gaz d'échappement à très faible charge et/ou pour améliorer le démarrage à froid du moteur, il est judicieux de réaliser l'organe d'isolement sous la forme d'un volet réglable dont la position peut être ajustée en fonction de la charge, de  However, when it is desired to return the exhaust gases in circulation because of the quality of these exhaust fumes at very low load and / or to improve the cold start of the engine, it is advisable to realize the engine body. insulation in the form of an adjustable flap whose position can be adjusted according to the load,

la puissance et de la vitesse de rotation du moteur à combus-  the power and speed of rotation of the combustion engine

tion interne.internally.

L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 illustre schématiquement un moteur  The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which FIG. 1 schematically illustrates an engine

à six cylindres en ligne équipé d'une suralimentation-  six-cylinder in-line equipped with a supercharger-

combinée;combined;

la figure 2 montre par une représentation analo-  Figure 2 shows an analogous representation

gue à la figure 1 un moteur à quatre cylindres la figure 3 illustre par une représentation analogue un moteur à cinq cylindres  FIG. 1 illustrates a four-cylinder engine. FIG. 3 illustrates by a similar representation a five-cylinder engine.

les figures 4 a et 4 b sont chacune une représen-  Figures 4a and 4b are each a representation of

tation fragmentaire correspondant aux figures qui précèdent, afin d'illustrer la possibilité de montage du refroidisseur d'air de suralimentation-; et la figure 5 est à nouveau une représentation  fragmentary section corresponding to the preceding figures, to illustrate the possibility of mounting the charge air cooler-; and Figure 5 is again a representation

analogue aux figures 1 à 3, montrant un moteur à huit cylin-  similar to Figures 1 to 3, showing an eight-cylinder engine

dres en V pour mettre en évidence l'application de l'inven-  in V to highlight the application of the inven-

tion à des moteurs à plus grand nombre de cylindres en  to engines with larger numbers of cylinders in

agençant le dispositif en double.arranging the device in duplicate.

La figure 1 illustre schématiquement un moteur à six cylindres Des cylindres la, lb, lc, id, le, 1 f situés dans le bloc moteur non représenté en détail présentent chacun une soupape d'admission et une soupape d'échappement *non illustrées en détail Selon le mode de fonctionnement classique d'un moteur de ce type, le cycle de fonctionnement est tel que les cylindres la, lb, lc ou Id, le,'lf se suivent avec un angle de manivelle de 240 et qu'il existe entre  FIG. 1 schematically illustrates a six-cylinder engine Cylinders 1a, 1b, 1c, 1d, 1c located in the engine block, not shown in detail, each have an intake valve and an exhaust valve * not shown in FIG. According to the conventional mode of operation of an engine of this type, the operating cycle is such that the rollers 1a, 1b, 1c or 1d, the, lf follow each other with a crank angle of 240 and that there is enter

ces deux groupes une différence d'angle de manivelle de 120 '.  these two groups a crank angle difference of 120 '.

Cet agencement provoque une répartition des organes d'admis-  This arrangement causes a distribution of the admission organs

sion et des organes d'échappement en deux groupes, comme illustré sur la figure 1 Les soupapes d'échappement du  and exhaust components in two groups, as shown in Figure 1 The exhaust valves of the

groupe des cylindres la à lc débouchent chacune par l'inter-  group of cylinders 1a to 1c each open

médiaire d'un canal d'échappement 2 dans un collecteur commun 3 des gaz d'échappement Un agencement analogue est prévu pour les soupapes d'échappement du groupedes cylindres ld à if, qui débouchent par des canaux d'échappement 2 dans  An analogous arrangement is provided for the exhaust valves of the group of cylinders 1d to 1f, which open out through exhaust channels 2 into the exhaust manifold 2 into a common exhaust manifold 3.

un collecteur 3 des gaz d'échappement qui leur est associé.  an exhaust manifold 3 associated therewith.

A partir de chacun de ces deux collecteurs 3, un tuyau d'échappement 4 dirige les gaz d'échappement vers une turbine à gaz d'échappement avant qu'ils soient rejetés dans  From each of these two manifolds 3, an exhaust pipe 4 directs the exhaust gases to an exhaust gas turbine before they are discharged into

l'atmosphère Cette turbine 5 entraînée par les gaz d'échap-  This turbine 5 driven by the exhaust gases

pement mène un compresseur 7 par l'intermédiaire d'une liaison d'entraînement 6 'il Lus trée en pointillé La turbine  7 leads to a compressor 7 via a driving link 6 '.

5 et le compresseur 7 forment conjointement le turbocompres-  5 and the compressor 7 together form the turbocompres-

seur du moteur représenté.the motor shown.

D'une manière correspondant à la disposition du côté échappement, les soupapes d'admission du groupe des cylindres la à lc débouchent chacune par un canal d'admission  In a manner corresponding to the disposition of the exhaust side, the intake valves of the group of cylinders 1a to 1c each open through an intake channel

8 dans une cuve commune de résonance 9 et, de manière ana-  8 in a common resonance tank 9 and, analogously,

logue, les canaux d'admission 8 des cylindres ld à lf débou-  the intake ducts 8 of the cylinders 1d to 1f

chent dans une seconde cuve de résonance 9 de ce type Les deux cuves de résonance 9 sont reliées chacune par un tube de résonance 10 à une cuve de compensation 11 Cette dernière est à son tour raccordée, par un conduit 12 d'amenée de l'air, au côté sortie du compresseur 7 du turbocompresseur Les deux cuves de résonance 9 situées côté admission sont, comme  The two resonance chambers 9 are each connected by a resonance tube 10 to a compensation tank 11 which is connected in turn by means of a conduit 12 for supplying the reactor. air, at the outlet side of the compressor 7 of the turbocharger The two resonance tanks 9 located on the intake side are, as

il ressort de la figure 1, reliées par des conduits de jonc-  it appears from Figure 1, connected by conduits of rods

tion 13 (disposés en croix)aux collecteurs 3 des gaz d'échap-  13 (arranged in a cross) to the exhaust manifolds 3

pement situés côté échappement Dans cette liaison 13 entre le côté admission et le côté échappement, sont incorporés des organes d'isolement (se présentant sous la forme de clapets anti-retour 14 dans l'exemple considéré), qui bloquent  In this connection 13 between the intake side and the exhaust side, there are incorporated isolation members (in the form of nonreturn valves 14 in the example under consideration) which block

l'écoulement du côté échappement au côté admission.  flow from the exhaust side to the intake side.

Le mode de fonctionnement et l'action exercée par le turbocompresseur 5, 7 décrit ci-dessus peuvent être  The mode of operation and the action exerted by the turbocharger 5, 7 described above can be

présupposés connus.presuppositions known.

Le circuit oscillant propre,à résonner, associé à la suralimentationsupplémentaire par résonance, est formé par les deux tubes de résonance 10, la cuve de compensation 11, les cuves de résonance 9 et les canaux d'admission 8 du côté admission, ainsi q(ue par les tubes de jonction 13  The resonant oscillation circuit, associated with the supplementary resonance boost, is formed by the two resonance tubes 10, the compensation tank 11, the resonance chambers 9 and the intake-side inlet channels 8, and ue through the junction tubes 13

et les organes situés côté échappement, les canaux d'échap-  and exhaust-side organs, escape channels,

pement 2, les collecteurs 3 des gaz d'échappement et les  2, the exhaust manifolds 3 and the

tuyaux d'échappement 4.exhaust pipes 4.

Ainsi, ce système oscillant comprend aussi bien  So, this oscillating system includes as well

des organes du côté admission que des organes du côté échap-  of the organs on the intake side that organs on the

pement, ainsi que la liaison entre ces organes Ce système oscillant est réglé de telle sorte que sa fréquence propre se trouve dans une plage souhaitée de vitesses angulaires  The oscillating system is set so that its natural frequency is within a desired range of angular velocities.

du moteur lorsque la liaison 13 est ouverte Lors du fonc-  when the link 13 is open.

tionnement du dit moteur, les oscillations gazeuses sont  said engine, the gaseous oscillations are

provoquées par les poussées d'échappement, se succédant cycli-  caused by escapement, succeeding one another cyclically

quement, des cylindres la à lc ou ld à lf et elles produisent la suralimentation à la fin des cycles d'aspiration des côtés admission des cylindres id à If ou la à lc, raccordés par  1c or 1d to 1f and they produce the supercharging at the end of the suction cycles of the intake sides of the id cylinders at If or the at 1c, connected by

la liaison 13.the link 13.

Sur les figures 2 et 3 qui illustrent respecti-  In Figures 2 and 3 which respectively illustrate

vement, par le même genre de représentations que la figure 1, un moteur à quatre cylindres en ligne et un moteur à cinq cylindres en ligne, les composants du système oscillant sont représentés adaptés au mode de fonctionnement de ces moteurs, en particulier à leurs dispositifs d'allumage, aux commandes  By the same kind of representations as in FIG. 1, a four-cylinder in-line engine and a five-cylinder in-line engine, the components of the oscillating system are shown adapted to the operating mode of these engines, in particular to their devices. ignition, controls

de leurs soupapes et au recoupement de leurs cycles d'aspira-  their valves and the overlapping of their vacuum cycles.

tion et d'échappement, les mêmes pièces portant les mêmes numéros de référence Dans ce cas, le système oscillant comporte la cuve de résonance 9 proprement dite placée en aval du conduit 12 d'amenée de l'air allant du compresseur  In this case, the oscillating system comprises the resonance tank 9 itself placed downstream of the duct 12 for supplying air from the compressor.

7 à ladite cuve de résonance 9; du côté admission, ce sys-  7 to said resonance tank 9; on the admission side, this system

tème comporte quatre (figure 2) ou cinq (figure 3) canaux d'admission 8 reliant cette cuve 9 aux cylindres la à Id ou la à le; du côté échappement, il comprend un collecteur 3 des gaz d'échappement dans lequel débouchent les quatre ou cinq canaux d'échappement 2 des cylindres la à id ou la à le, le tuyau d'échappement 4, ainsi que le conduit 13 qui relie la cuve de résonance 9 au collecteur 3 et dans lequel est de nouveau incorporé un organe d'isolement 14,  There are four (FIG. 2) or five (FIG. 3) inlet channels 8 connecting this tank 9 to the cylinders 1a to 1d or 1a; on the exhaust side, it comprises an exhaust manifold 3 into which the four or five exhaust ducts 2 of the cylinders 1a to 1c or 1a, the exhaust pipe 4 and the duct 13 which connects the resonance tank 9 at the collector 3 and in which is again incorporated an isolation member 14,

par exemple un clapet anti-retour.for example a check valve.

Là encore, ce système oscillant est réglé de telle façon que sa fréquence propre se situe dans une plage souhaitée de vitesses angulaires du moteur lorsque la liaison 13 est ouverte Les oscillations gazeuses sont provoquées  Again, this oscillating system is set so that its natural frequency is in a desired range of angular velocities of the engine when the link 13 is open. The gaseous oscillations are caused.

par les poussées d'échappement qui se succèdent cycliquement.  by the exhaust thrusts that follow one another cyclically.

Le conduit 12 d'amenée de l'air doit être réalisé de façon que sa fréquence propre ne se situe pas dans la fréquence  The duct 12 for supplying the air must be designed so that its natural frequency is not in the frequency

d'excitation déterminée par le-moteur.  excitation determined by the motor.

Les dispositifs mentionnés ci-avant peuvent être complétés à tout instant par un refroidisseur de l'air de suralimentation Dans un moteur à six cylindres selon l'exemple de la figure 1, et comme le montre la figure 4 a,  The aforementioned devices can be supplemented at any time by a charge air cooler In a six-cylinder engine according to the example of Figure 1, and as shown in Figure 4 a,

un refroidisseur 15 de ce type est commodément branché direc-  a cooler 15 of this type is conveniently connected directly

tement sur le conduit 12 d'amenée de l'air, en amont de la cuve de compensation 11 Dans les exemples de réalisation selon les figures 2 et 3, et comme'le montre la figure 4 b, ce refroidisseur est rationnellement monté dans ledit conduit 12. La figure 5 illustre à titre d'exemple une forme de réalisation, conformément à l'invention, de machines ou moteurs à combustion interne équipés d'un nombre de cylindres  on the duct 12 supplying air, upstream of the compensation vessel 11 In the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3, and as shown in FIG. 4 b, this cooler is rationally mounted in said FIG. 5 illustrates, by way of example, an embodiment according to the invention of machines or internal combustion engines equipped with a number of cylinders.

supérieur à ceux des exemples des figures 1 à 3 Cette réali-  higher than the examples in Figures 1 to 3.

sation se fonde à chaque fois sur une multiplication (en particulier un doublement) des dispositifs selon les figures 1 à 3 ci-avant, auquel cas cependant il est en général prévu pour chaque moteur un seul turbocompresseur, c'est-à-dire un seul compresseur 7 et une seule turbine 5 qui entraînent  tion is based in each case on a multiplication (in particular a doubling) of the devices according to Figures 1 to 3 above, in which case however it is generally provided for each engine a single turbocharger, that is to say a only compressor 7 and a single turbine 5 which drive

des répartitions de couple ou de puissance correspondantes.  corresponding torque or power distributions.

Cette multiplication ressort en détail du moteur à huit  This multiplication comes out in detail from the eight-speed engine

cylindres représenté sur la figure 5, qui comporte un double-  cylinders shown in Figure 5, which comprises a double

ment du dispositif illustré sur la figure 2 pour un moteur  of the device illustrated in Figure 2 for an engine

à quatre cylindres Dans ce cas également, les organes iden-  four-cylinder In this case too, the identical

tiques sont affectés des mêmes références numériques De la même manière, conformément à l'invention, il est possible d'obtenir des moteurs à dix cylindres par un doublement du moteur à cinq cylindres représenté sur la figure 3,et des moteurs à douze cylindres par un doublement du moteur à six  In the same way, according to the invention, it is possible to obtain ten-cylinder engines by a doubling of the five-cylinder engine shown in FIG. 3, and twelve-cylinder engines by a doubling of the engine to six

cylindres de la figure 1.cylinders of Figure 1.

Dans tous les cas, le ou les organes d'isolement 14 peuvent être réalisés sous la forme de simples clapets anti-retour qui, comme mentionné ciavant, sont incorporés dans la liaison entre'le côté admission et le-côté échappement  In any case, the isolation member (s) 14 may be made in the form of simple nonreturn valves which, as mentioned before, are incorporated in the connection between the intake side and the exhaust side.

de manière à autoriser seulement un écoulement du côté admis-  in order to allow only a flow on the permissible side

sion au côté échappement Du point de vue technique, il convient de faire observer que les pertes d'écoulement sont maintenues très faibles dans l'organe d'isolement 140 Selon un perfectionnement de l'invention, si une certaine remise en circulation des gaz s'avère souhaitable à cause de la qualité des gaz d'échappement à très faible charge et/ou en vue d'améliorer les propriétés de démarrage à froid, le ou chacun des organes d'isolement 14 peut aussi consister  From the technical point of view, it should be noted that the flow losses are kept very low in the isolating member 140. According to an improvement of the invention, if a certain recirculation of the gases occurs. is desirable because of the quality of the exhaust gas at very low load and / or to improve the cold start properties, the or each of the isolation members 14 may also consist

en un volet commandable Le réglage d'un tel organe d'isole-  in a controllable flap The adjustment of such an isolating member

ment peut alors avoir lieu en fonction de différents para-  can then take place according to different

mètres du moteur, par exemple des pompes d'injection, la position des tiges de réglage et/ou la vitesse de rotation du moteur, la température des gaz d'échappement, etc. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits  engine meters, for example injection pumps, the position of the adjusting rods and / or the engine rotation speed, the temperature of the exhaust gas, etc. It goes without saying that many modifications can be made to the described method and device.

et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.  and shown without departing from the scope of the invention.

Claims (5)

REVENDICATION$CLAIM $ 1 Procédé de suralimentation d'un moteur à combus-  1 Supercharging method of a combustion engine tion interne par turbocompresseur à gaz d'échappement, en  internal combustion exhaust turbocharger, in utilisant un compresseur situé côté admission et une tur-  using a compressor located on the intake side and a bine disposée ecté échappement, et en tirant parti des oscillations gazeuses au moyen d'un système oscillant, pro- cédé caractérisé par le fait que les organes d'admission ( 9,8) et les organes d'échappement ( 2, 3, 4) du moteur sont reliés par une liaison ( 13) pour constituer un système oscillant ( 2, 3, 4, e, 9, 13) apte à résonner, lorsque la pression régnant en aval du compresseur ( 7) est-plus grande  the exhaust system, and taking advantage of the gaseous oscillations by means of an oscillating system, characterized by the fact that the intake members (9,8) and the exhaust members (2, 3, 4) ) of the motor are connected by a link (13) to form a resonant oscillating system (2, 3, 4, e, 9, 13) when the pressure prevailing downstream of the compressor (7) is greater que la pression régnant en amont de la turbine ( 5).  the pressure prevailing upstream of the turbine (5). 2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, équipant une machine ou moteur à pistons à combustion interne muni de plusieurs cylindres,, suralimenté par turbocompresseur à gaz d'échappement et comportant des organes d'admission, des organes de liaison et des organes d'échappement aptes à osciller, dispositif caractérisé par le fait que des organes-d'admission ( 11,10,9,8), des organes d'échappement ( 2,3,4) ainsi qu'une liaison ( 13) entre ces derniers sont réglés en fonction d'un système oscillant  2 Apparatus for implementing the method according to claim 1, equipping a machine or piston engine with internal combustion provided with several cylinders, supercharged by exhaust gas turbocharger and comprising intake members, connecting members and exhaust members adapted to oscillate, characterized in that intake members (11, 10, 9, 8), exhaust members (2, 3, 4) and a link ( 13) between these are set according to an oscillating system ( 2,3,4,8,9,13) dont la fréquenee propre provoquant la sura-  (2,3,4,8,9,13) whose own frequency causes the over- limentation est proche de la fréquence d'exeitation; et par le fait que, dans cette liaison, est incorporé un organe d'isolement ( 14) qui relie les composants d'admission ( 9,8) et les composants d'échappement ( 2,3,4) du système oscillant lorsque la pression qui règne du côté admission est plus  feeding is close to the frequency of exeitation; and in that connection there is incorporated an isolating member (14) which connects the intake components (9,8) and the exhaust components (2,3,4) of the oscillating system when the pressure on the admission side is more grande que celle régnant du ecté échappement.  large than that prevailing of the exhaust ect. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que I'organe d'isolement ( 14) est un clapet  3 Device according to claim 2, characterized in that the isolation member (14) is a valve anti-retour.check. 4 Dispositif selon la revendication 2, caraeté-  4 Device according to claim 2, cara risé par le fait que l'organe d'isolement est réalisé sous la forme d'un volet réglable dont la position peut être ajustée en fonction de la charge, de la puissance et de la  the fact that the isolating member is in the form of an adjustable flap whose position can be adjusted according to the load, the power and the vitesse de rotation du moteur à combustion interne.  rotational speed of the internal combustion engine. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4, caractérisé par le fait que les organes  Device according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the d'admission renferment un refroidisseur ( 15) d'air de surali-  an air cooler (15) of surali- mentation.mentation. 6 Dispositif selon l'une quelconque des reven-  6 Device according to any one of the dications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'organe d'iso-  2 to 5, characterized in that the isolating member lement ( 14) est commandé de telle façon qu'une certaine quan- tité de gaz d'échappement soit remise en circulation dans  (14) is controlled in such a way that a certain amount of exhaust gas is recirculated la plage de fonctionnement sous charge partielle.  the operating range under partial load.
FR8311288A 1982-07-07 1983-07-06 METHOD AND DEVICE FOR SUPERCHARGING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE BY AN EXHAUST GAS TURBOCHARGER Expired FR2534971B1 (en)

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