FR2553828A1 - DEVICE FOR DRIVING AUXILIARY ORGANS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

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Abstract

Device for driving auxiliary members such as for example an alternator (14), of an internal combustion engine (15) comprising an exhaust gas discharge manifold (16) and a turbine (10) actuated by said exhaust gas. The device is characterized in that it comprises gear reduction means (11) and sheave reduction means (12) to connect the turbine (10) to the alternator (14), and to rotationally drive said alternator with the turbine. Utilization: drive of auxiliary members in an internal combustion engine.

Description

Dispositif d'entraînement d'organes auxîliaires d'un moteur à combustion enterre. Device for driving auxiliary elements of a buried combustion engine.

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement d'organes auxiliaires d'un moteur à combustion interne, comportant une tubulure d'évacuation des gaz d'échappement et une turbine actionnée par ces gaz.The present invention relates to a device for driving auxiliary components of an internal combustion engine, comprising an exhaust gas discharge pipe and a turbine actuated by these gases.

L'utilisation d'une ou plusieurs turbines actionnées par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, est aujourd'hui fréquente pour entrainer un compresseur d'air d'alimentation du moteur, que celui-ci soit du type Diesel, à essence ou autre. Dans un tel dispositif, la turbine est montée sur le mena arbre que le co.rnpresseur, ces deux organes pouvant fonctionner avantageusemcnt dans la même plage de régimes de rotation.The use of one or more turbines actuated by the exhaust gases of an internal combustion engine is today frequent to drive an air compressor supplying the engine, whether this is of the Diesel type. , petrol or other. In such a device, the turbine is mounted on the shaft as the co.rnpresseur, these two bodies can operate advantageously in the same range of rotation speeds.

En revanclle, un dispositif de ce genre n'est pas utilisé pour entraîner d'autres organes auxiliaires d'un moteur à combustion interne ou d'un véhicule, tels qu'une dynamo, un alternateur, un ventilateur de refroi disoement du moteur, une pompe de circulation dc l'eau de refroidissement, ou tout autre orgare dont le fonctionnement est lié à celui du moteur.On the other hand, a device of this kind is not used to drive other auxiliary organs of an internal combustion engine or of a vehicle, such as a dynamo, an alternator, a motor cooling fan, a cooling water circulation pump, or any other organ whose operation is linked to that of the engine.

En effet, la vitesse de rotation des turbines actionnées par les gaz d'échappennt, telles qu'elles sont réalisées usuellement, est beaucoup plus grande que la vitesse admissible pour ces organes auxiliaires. A titre d'exemple, une turbine de modèle courant fonctionne avantageusement à des régimes pouvant atteindre jusqu'à 100.000 tours/minute, tandis qu'un alternateur de modèle courant ne doit pas dépasser un régime d'environ 10.000 tours/minute. On a par conséquent assuré jusqu'à maintenant l'entraînement des organes auxiliaires à partir de l'arbre duviîctrequin du moteur, dont le régime de rotation est du mena ordre de grandeur que celui des organes auxiliaires.In fact, the speed of rotation of the turbines actuated by the exhaust gases, as they are usually produced, is much greater than the admissible speed for these auxiliary members. For example, a current model turbine advantageously operates at speeds of up to 100,000 rpm, while a current model alternator must not exceed a speed of around 10,000 rpm. Consequently, the auxiliary members have thus far been driven from the crankshaft of the engine, the rotation speed of which is about the same order as that of the auxiliary members.

Toutefois, il serait avantageux de prélever sur les gaz d'échappement, la puissance nécessaire pour ces organes auxiliaires, de manière à récupérer une part de l'énergie résiduelle de ces gaz au lieu de la prélever sur la puissance mécanique délivrée par le moteur. La présente invention se propose de combler cette lacune en réalisant un dispositif perlnett7nt de récupérer ui7e partie de l'énergie non utilisée par le moteur, pour assurer ltentralnement d'un ou de plusieurs organes auxiliaires du moteur. However, it would be advantageous to take from the exhaust gases, the power necessary for these auxiliary members, so as to recover a part of the residual energy of these gases instead of taking it from the mechanical power delivered by the engine. The present invention proposes to fill this gap by making a device perlnett7nt to recover ui7e part of the energy not used by the engine, to ensure ltentrentrément one or more auxiliary organs of the engine.

Dans ce but, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de transmission pour connecter la turbine à au moins un des organes auxiliaires,et pour entraîner cet organe en rotation avec elle.For this purpose, the device according to the invention is characterized in that it comprises transmission means for connecting the turbine to at least one of the auxiliary members, and for driving this member in rotation with it.

Dans une forme de réalisation préférée, les moyens de transmission conlporteilt un réducteur de vitesse. Ainsi, il est possible de réaliser le dispositif avec des turbines usuelles, telles que celles des turbocompresseurs actuels, et avec des organes auxiliaires courants, dont la vitesse de rotation est nettement plus petite que celle de la turbine.In a preferred embodiment, the transmission means conlporteilt a speed reducer. Thus, it is possible to produce the device with conventional turbines, such as those of current turbochargers, and with common auxiliary members, the rotational speed of which is significantly lower than that of the turbine.

L.e réducteur de vitesse peut eAtre constitué par une boite à engrenages dont le rapport de réduction est compris entre 5 et 20, mais de préférence voisin de 10,due manière à perrnettre l'utilisation de régimes de rotation avantageux autant sur la turbine que sur les organes auxiliaires de 'modèle courant. The speed reducer can be constituted by a gearbox whose reduction ratio is between 5 and 20, but preferably close to 10, due so as to allow the use of advantageous rotation regimes as much on the turbine as on the auxiliary organs of the current model.

Dans le but de réduire les dimensions et les masses des engrenages, le rapport de réduction de la boite à engrenages peut être limité à une valeur coroprise entre 2 et 5, et de préférence voisin de 3, en complétant le réducteur de vitesse par une transmission constituée de deux poulies reliécs par une courroie, le rapport de réduction de la transmission par courroie étant compris entre 2 et 6, et de préférence voisin de 4. Il est possible d'obtenir ainsi un rapport de réduction global compris entre 5 et 20, par exemple voisin de 10 à 12, en fonction des caractéristiques de vitesse des divers organes auxiliaires à utiliser.In order to reduce the dimensions and the masses of the gears, the reduction ratio of the gearbox can be limited to a corrected value between 2 and 5, and preferably close to 3, by supplementing the speed reducer with a transmission. consisting of two pulleys connected by a belt, the reduction ratio of the belt transmission being between 2 and 6, and preferably close to 4. It is thus possible to obtain an overall reduction ratio between 5 and 20, for example around 10 to 12, depending on the speed characteristics of the various auxiliary members to be used.

Le réducteur de vitesse peut également être constitué seulement par une transmission à courroie telle que décrite ci-dessus, la plus petite des poulies étant montée sur le marne axe que la turbine. Dans ce cas, le support de réduction global est plus faible que ci-dessus, par exemple inférieur à 10, ce qui peut nécessiter d'installer un dispositif supplé dentaire pour limiter la vitesse de rotation de la turbine, de manière à éviter un régime trop élevé des organes auxiliaires et de la transmission par courroie. Par exemple, la tubulure des gaz d"échappement peut être agencée pour ne conduire à la turbine qu'une fraction du débit des gaz, et peut comporter un organe de réglage du débit ou de la pression des gaz adn)is à traverser la turbine. The speed reducer can also be constituted only by a belt transmission as described above, the smaller of the pulleys being mounted on the center line than the turbine. In this case, the overall reduction support is weaker than above, for example less than 10, which may require installing an additional dental device to limit the speed of rotation of the turbine, so as to avoid a regime auxiliary components and belt transmission too high. For example, the exhaust gas pipe can be arranged to lead to the turbine only a fraction of the gas flow, and may include a member for adjusting the flow or pressure of the gases adn) is to pass through the turbine. .

Le dispositif tel qua décrit est utilisable pour entraîner un ou plusieurs des organes auxiliaires d'un moteur, tels qu'on les rencontre en particulier sur des véhicules automobiles. La réalisation proférée consiste à entraîner une génératrice de courant électrique, par exemple un alternateur, qui peut délivrer l'énergie électrique nécessaire à d'autres organes auxiliaires du moteur ou du véhicule. The device as described above can be used to drive one or more of the auxiliary members of an engine, such as are encountered in particular on motor vehicles. The proffered embodiment consists in driving an electric current generator, for example an alternator, which can deliver the electrical energy necessary to other auxiliary organs of the engine or of the vehicle.

Parmi les autl-es organes susceptibles d'être actionnés par le dispositif proposé, il y a lieu de mentionner un ventilateur de refroidissement du moteur, ainsi qu'une pompe de circulation d'eau de refroidissement.Among the autl-es organs capable of being actuated by the proposed device, there is mention of a motor cooling fan, as well as a cooling water circulation pump.

Entrainès par les gaz d'échappement, ces organes auront l'avantage de fonctionner à régime élevé quand le débit des gaz est grand, c'est-adire quand le moteur fonctionne à puissance élevée, et assureront par conséquent un refroidissement dont 3a puissance cst à tout moment en relation avec la puissance du moteur.  Driven by the exhaust gases, these organs will have the advantage of operating at high speed when the gas flow is large, that is to say when the engine is running at high power, and will therefore provide cooling, 3a power of which is at any time in relation to the power of the engine.

I1 importe de relever que les dispositifs tels que proposés peuvent être agencés pour entraîner soit un seul organe auxiliaire, soit plusieurs de ces organes séparés ou combinés entre eux. Par exemple, une trans mission à courroie peut entraîner plusieurs poulies montées sur des organes séparés. It is important to note that the devices as proposed can be arranged to drive either a single auxiliary member, or several of these members separated or combined with one another. For example, a belt drive can drive multiple pulleys mounted on separate members.

La présente invention sera mieux comprise en référence à un exemple de réalisation et au dessin annexé illustrant schématiquement une vue partiellelnent coupée d'une forme d'exécution préférée du dispositif.The present invention will be better understood with reference to an exemplary embodiment and to the accompanying drawing schematically illustrating a partially cut view of a preferred embodiment of the device.

Cn référence à la figure, le dispositif se compose essentiellement d'une turbine 10 d'un réducteur à engrenagesil,et d'un réducteur à poulies 12 dont l'axe de sortie 13 est connecté à un organe auxiliaire 14, tel que par exemple un alternateur, d'un moteur à combustion interne 15. La turbine 10 est une turbine du type de celle utilisée couramment sur les r"oteurs à turbo compresseur. Elle est montée sur la tubulure d'échappement 16 du moteur 15,et rejette les gaz d'échappement par une tubulure axiale 17. L'arbre de sortie 18 de la turbine 10, porté par un palier 19 monté dans un boîtier 20, constitue l'entrée du réducteur à engrenages 11. Dans l'exemple décrit, ce réducteur se compose d'un petit pignon 21 monté sur l'arbre le, et d'un grand pignon 22 dont L'luxe 23 porte la petite poulie 24 du réducteur à poulies 12. La poulie 24 est relié à une poulie 25 montée sur l'axe 13 et coupera la poulie 24 par une courroie trapézoqdale 26. Referring to the figure, the device essentially consists of a turbine 10 of a gear reducer, and of a pulley reducer 12 whose output axis 13 is connected to an auxiliary member 14, such as for example an alternator, of an internal combustion engine 15. The turbine 10 is a turbine of the type commonly used on turbo-compressor engines. It is mounted on the exhaust pipe 16 of the engine 15, and rejects the exhaust gas through an axial pipe 17. The outlet shaft 18 of the turbine 10, carried by a bearing 19 mounted in a housing 20, constitutes the inlet of the gear reducer 11. In the example described, this reducer consists of a small pinion 21 mounted on the shaft le, and a large pinion 22 of which L'luxe 23 carries the small pulley 24 of the pulley reducer 12. The pulley 24 is connected to a pulley 25 mounted on the axis 13 and will cut the pulley 24 by a trapezoidal belt 26.

Grâce au double étage réducteur, il est possible de raccorder une turbinc du type connu tournant à des vitesse de l'ordre de 100 Q30 tours par minute,à un alternateur traditionnel pouvant tourner à des vitesses maximales de l'ordre de 10 000 tours/minute. Le double étage réducteur permet d'obtenir une réduction de l'ordre de 10.Toutefois il est bien entendu que cette réduction n'est ndcessaire que dans la mesure ob l'on souhaite adapter les vitesses d'un alternateur connu à celle d'une turbinc traditionneXeIL serait possible d'envisager la réalisation de turbines tournant à des vitesses inférieures à 10 000 toursiminute,et des alternateurs dont la vitesse maximale d'utilisation soit supérieure à 10 000 tours/minute. Ceci permettrait éventuellement d'interposer un réducteur dont le facteur de réduction est inférieur à 10, voire de supprimer totalement le réducteur.Thanks to the double reduction stage, it is possible to connect a turbinc of the known type rotating at speeds of the order of 100 Q30 revolutions per minute, to a traditional alternator which can rotate at maximum speeds of the order of 10,000 revolutions / minute. The double reduction stage makes it possible to obtain a reduction of the order of 10. However, it is understood that this reduction is only necessary insofar as it is desired to adapt the speeds of a known alternator to that of a traditional turbinc it would be possible to envisage the production of turbines rotating at speeds of less than 10,000 rpm, and alternators whose maximum operating speed is greater than 10,000 rpm. This would eventually make it possible to interpose a reducer whose reduction factor is less than 10, or even to completely eliminate the reducer.

En outre dans l'exemple représenté, le réducteur comporte deux étages dont l'un est un réducteur à engrenages et l'autre un réducteur à poulies.In addition, in the example shown, the reducer has two stages, one of which is a gear reducer and the other of which is a pulley reducer.

Il serait envisageable de réaliser un réducteur à engrenages à un ou plusieurs étages de réduction ,ou un réducteur à poulies et courroie à 1 ou plusieurs étages de réduction. Enfin le réducteur pourrait être monté dans un boîtier solidaire de la carcasse de la turbine.It would be possible to make a gear reducer with one or more reduction stages, or a pulley and belt reducer with 1 or more reduction stages. Finally, the reducer could be mounted in a housing secured to the casing of the turbine.

Bien que dans l'exemple représenté, l'organe auxiliaire est constitué par un alternateur, cet organe auxiliaire pourrait être constitué par tout autre élément tel que le ventilateur de refroidissement, la pompe à eau, un compresseur d'asservissement etc. En outre le dispositif selon l'invention pourrait être combiné directement avec un système turbocompresseur de type connu et monté en série sur certains véhicules. Although in the example shown, the auxiliary member is constituted by an alternator, this auxiliary member could be constituted by any other element such as the cooling fan, the water pump, a servo compressor etc. In addition, the device according to the invention could be combined directly with a known type of turbocharger system and fitted in series on certain vehicles.

Claims (9)

Revendications  Claims 1.. Dispositif d'entraînement d'organes auxiliaires d'un moteur à ces- bastion interne, comportant une tubulure d' évacuation des gaz d' échap- pement et une turbine actionnée par ces gaz, caractérisé en ce qulil comprend des moyens de transmission (11,12) pour connecter la turbine (10j à au moins un des organes auxiliaires (14), et pour entraîner cet organe en rotation avec elle. 1 .. A device for driving auxiliary components of an internal bastion engine, comprising a pipe for evacuating exhaust gases and a turbine actuated by these gases, characterized in that it comprises means for transmission (11,12) for connecting the turbine (10j to at least one of the auxiliary members (14), and for driving this member in rotation with it. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission comportent un réducteur de vitesse (11,123. 2. Device according to claim 1, characterized in that said transmission means comprise a speed reducer (11,123. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réducteur de vitesse comprend une boite (11) à engrenages (21,22), dont le rapport de réduction est compris entre 5 et 2O,et de préférence au rnoins approximativement voisin de 10.3. Device according to claim 2, characterized in that the speed reducer comprises a gearbox (11) with gears (21,22), the reduction ratio of which is between 5 and 20, and preferably at least approximately 10. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ré réducteur de vitesse comprend une boite à engrenages (11) dont le rapport de réduction est compris entre 2 et 5 et de préférence au moins approxi mativernent voisin de 3, et deux poulies (24,25) reliées par une courroie (26), le rapport de réduction entre les deux poulies étant compris entre 2 et 6, et au moins approximativement voisin de 4.4. Device according to claim 2, characterized in that the speed reducer comprises a gearbox (11) whose reduction ratio is between 2 and 5 and preferably at least approximately 3, and two pulleys (24,25) connected by a belt (26), the reduction ratio between the two pulleys being between 2 and 6, and at least approximately 4. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réducteur de vitesse comporte deux poulies (24,25) reliées par une courroie (26), la plus petite des poulies étant montée sur l'axe de la turbine (10). 5. Device according to claim 2, characterized in that the speed reducer comprises two pulleys (24,25) connected by a belt (26), the smallest of the pulleys being mounted on the axis of the turbine (10). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, carac tèrisé en ce que l'une des poulies (25) est montée sur l'arbre (13) d'entraînement de l'organe auxiliaire (14).6. Device according to any one of claims 4 or 5, charac terized in that one of the pulleys (25) is mounted on the shaft (13) driving the auxiliary member (14). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé e n ce que l'organe auxiliaire (14) comprend une génératrice de courant électrique. 7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the auxiliary member (14) comprises an electric current generator. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, carac térisé en ce que l'organe auxiliaire comprend un ventilateur de refroidissement.8. Device according to any one of claims 1 to 7, charac terized in that the auxiliary member comprises a cooling fan. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1à 8, carac térisé en ce que l'organe auxiliaire comprend une pompe de circulation d'eau de refroidissement. 9. Device according to any one of claims 1 to 8, charac terized in that the auxiliary member comprises a cooling water circulation pump.
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