FR2560289A1 - Mixed ''normally aspirated/supercharged'' inlet system for an internal combustion engine - Google Patents

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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
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Abstract

According to the invention, this mixed inlet system comprises two inlet circuits arranged in parallel on the inlet of the engine 1: - a first circuit intended for operation in the normally aspirated phase and composed of a duct 6 leading to the inlet manifold 2 of the engine and incorporating a non-return device 7; and - a second circuit intended for operation in the supercharged phase and composed of a duct 8, 9, 11 leading to the inlet manifold 2 of the engine and successively incorporating a butterfly valve 12, a compressor 5 and a heat exchanger 10. Application especially to supercharged internal combustion engines to simultaneously improve the dynamic response to acceleration and the efficiency.

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION MIXTE "ATMOSPHERIQUE-SURALIMENTE"
POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
"ATMOSPHERIC-SUPERCHARGED" MIXED SUPPLY SYSTEM
FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE.

La présente invention se rapporte à un système d'alimentation mixte "atmosphérique-suralimenté" destiné à améliorer le comportement à l'accélération d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur qui reçoit son énergie d'entraînement des gaz d'échappement de ce moteur.The present invention relates to a mixed "atmospheric-supercharged" supply system intended to improve the acceleration behavior of an internal combustion engine supercharged by a turbocharger which receives its drive energy from the exhaust gases of this engine.

Un défaut couramment avancé à l'encontre d'un tel moteur réside dans son aptitude réduite à l'accélération à partir d'un faible régime ou à partir d'une charge partielle par comparaison avec la puissance obtenue grâce à la suralimentation.A defect commonly advanced against such an engine lies in its reduced ability to accelerate from a low speed or from a partial load in comparison with the power obtained from the supercharging.

En effet, un système de suralimentation au cours d'un fonctionnement en phase atmosphérique est parfaitement inutile ; il engendre de plus une perte de rendement, soit par augmentation de la contre-pression à l'échap- pement pour un turbocompresseur, soit par absorption énergie mécanique pour un compresseur entraîné.Indeed, a supercharging system during operation in the atmospheric phase is perfectly useless; it also generates a loss of efficiency, either by increasing the exhaust back pressure for a turbocharger, or by mechanical energy absorption for a driven compressor.

Dans le cas particulier des moteurs turbo-suralimentés, il existe des solutions tendant à diminuer, en charge partielle, la contre-pression à l'échappement : par exemple, on peut dériver une partie des gaz directement vers l'échappement sans traverser la turbine malencontreusement, par ce type de réalisation, on diminue inévitablement le régime de veille du turbocompresseur, ce qui entraîne une dégradation rapide de la réponse dynamique en accélération , cette propriété est ainsi à juste titre souvent critiquée, même en l'absence d'un dispositif de dérivation. In the particular case of turbocharged engines, there are solutions tending to reduce, under partial load, the exhaust back pressure: for example, it is possible to divert part of the gases directly to the exhaust without passing through the turbine Unfortunately, by this type of embodiment, the standby speed of the turbocharger is inevitably reduced, which leads to a rapid deterioration of the dynamic response during acceleration, this property is therefore rightly often criticized, even in the absence of a device. bypass.

L'invention se propose de remédier à ces inconvénients de façon particulièrement simple et efficace.The invention proposes to remedy these drawbacks in a particularly simple and effective manner.

Acet effet, elle a pour objet un système d'alimentation mixte "atmosphérique-suralimenté" qui comprend suivant une particularité de l'invention, deux circuits d'alimentation disposés en parallèle sur l'admission du moteur turbo-suralimenté - un premier circuit destiné au fonctionnement en
phase atmosphérique et constitué par un conduit
menant au collecteur d'admission par l'intermédiaire
d'un dispositif antiretour ; et - un second circuit destiné au fonctionnement en phase
suralimentée et constitué par un conduit menant au
collecteur d'admission et incorporant successivement
une vanne-papillon, un compresseur et un échangeur
de chaleur.
Actually, it relates to a mixed "atmospheric-supercharged" supply system which, according to a feature of the invention, comprises two supply circuits arranged in parallel on the intake of the turbo-supercharged engine - a first circuit intended during operation
atmospheric phase and consisting of a conduit
leading to the intake manifold through
a non-return device; and - a second circuit intended for phase operation
supercharged and constituted by a conduit leading to the
intake manifold and incorporating successively
a butterfly valve, a compressor and an exchanger
heat.

Suivant une autre particularité de l'invention, cette vanne-papillon fermant le second circuit d'alimentation en phase atmosphérique, est actionnée par un vérin pneumatique commandé par une valve manométrique, un clapet anti retour et une prise sur le collecteur d'admission. Ces particularités permettent d'améliorer simultanément la réponse dynamique en accélération et le rendement du moteur turbo-suralimenté.According to another feature of the invention, this butterfly valve closing the second atmospheric phase supply circuit is actuated by a pneumatic cylinder controlled by a pressure valve, a non-return valve and a socket on the intake manifold. These features make it possible to simultaneously improve the dynamic acceleration response and the efficiency of the turbocharged engine.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préférentiel, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue schématique d'un sys
tème d'alimentation mixte "atmosphérlque-suralimente'
pour un moteur à combustion interne, conforme à
l'invention ; et - la figure 2 représente une courbe de variation de la
pression de commande d'une vanne-papillon en fonr-
tion de la pression au collecteur d'admission du
moiteur, cette vanne-papillon intégree au système
illustré à la figure 1 assurant le passage d'un
fonctionnement en phase atmosphérique à celui en
phase suralimentée et réciproquement.
Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which - Figure 1 represents a schematic view of a sys
mixed atmosphere-supercharged feeder
for an internal combustion engine, conforming to
the invention; and - Figure 2 represents a variation curve of the
control pressure of a butterfly valve in operation
pressure at the intake manifold of the
wetness, this butterfly valve integrated into the system
illustrated in Figure 1 ensuring the passage of a
operation in atmospheric phase to that in
supercharged phase and vice versa.

Un moteur à allumage commandé turbo-suralimente 1 représenté à la figure l comporte un collecteur d'ad- mission 2 et un collecteur d'échappement 3. Il est équipé d'un système de suralimentation comprenant une turbine 4 et un compresseur 5.A turbo-charged ignition engine 1 shown in FIG. 1 comprises an intake manifold 2 and an exhaust manifold 3. It is equipped with a supercharging system comprising a turbine 4 and a compressor 5.

Conformément à l'invention, le système d'alimentation mixte mis au point est fondé sur l'utilisation de deux circuits d'alimentation disposés en parallèle sur l'admission du moteur. Le premier circuit con porte un conduit 6 relie au collecteur d3admission 2 par 'în- termédiaire d'un dispositif antiretour 7. Le second circuit comprend trois portions de conduit 8, 9 et 1l séparées par le compresseur 5 et un échangeur de chaleur 10, et une vanne-papillon 12.Cette vanne- papillon, qui est susceptible de 1-ermer ce second circuit, est actionnée par un erin pneumatique 13 com dé par une valve manomé:rique 14, un clapet antiretour 15 et ne prise 16 sur le collecteur d'ad- mission 2. According to the invention, the mixed supply system developed is based on the use of two supply circuits arranged in parallel on the engine intake. The first circuit has a conduit 6 connected to the intake manifold 2 by means of a non-return device 7. The second circuit comprises three portions of conduit 8, 9 and 11 separated by the compressor 5 and a heat exchanger 10, and a butterfly valve 12.This butterfly valve, which is capable of 1-closing this second circuit, is actuated by a pneumatic valve 13 com by a manomic valve 14, a non-return valve 15 and not taken 16 on the intake manifold 2.

Ce système d'alimentation fonctionne de la manière suivante, en référence aux figures 1 et 2
En phase atmosphérique, le second circuit d'alimentation qui assure la suralimentation, est fermé par la vanne-papillon 12 disposée de preférence en amont du compresseur 5.
This power system operates as follows, with reference to Figures 1 and 2
In the atmospheric phase, the second supply circuit which provides the supercharging, is closed by the butterfly valve 12 preferably arranged upstream of the compressor 5.

Au voisinage de la pleine charge atmosphérique, et à un niveau déterminé par le tarage du vérin pneumatique 13 en relation avec le dispositif de commande 14, 15, l'ouverture de la vanne-papillon 12 met en service la suralimentation ; le premier circuit destiné au fonctionnement en phase atmosphérique est alors éliminé par le dispositif antiretour 7.In the vicinity of the full atmospheric load, and at a level determined by the setting of the pneumatic cylinder 13 in relation to the control device 14, 15, the opening of the butterfly valve 12 activates the supercharging; the first circuit intended for operation in the atmospheric phase is then eliminated by the non-return device 7.

Le dispositif pneumatique 14, 15, 16 émet un signal de commande du vérin pneumatique 13 dont l'évolution en fonction de la pression régnant dans le collecteur d'admission 2 est représentée par la courbe de la figure 2 où, suivant le sens d'évolution de la charge du moteur - ab représente l'écart de pression d'admission au
collecteur 2 pour une même pression de commande de
la vanne-papillon l2 ; et - ac représente l'écart de pression de commande de la
vanne-papillon 12 pour une meme pression d'admission
au collecteur 2.
The pneumatic device 14, 15, 16 emits a control signal from the pneumatic cylinder 13, the evolution of which as a function of the pressure prevailing in the intake manifold 2 is represented by the curve in FIG. 2 where, depending on the direction of evolution of the engine load - ab represents the intake pressure difference at
manifold 2 for the same control pressure of
the butterfly valve 12; and - ac represents the control pressure difference of the
butterfly valve 12 for the same inlet pressure
to collector 2.

Ces écarts de pression ab et ac observés entre une évolution à charge croissante et une évolution à charge décroissante, sont égaux à la pression de tarage à l'ouverture de la valve manométrique 14. Ils reflètent bien la stabilité de fonctionnement du moteur 1 ainsi alimenté, à tous les régimes.These differences in pressure ab and ac observed between an evolution at increasing load and an evolution at decreasing load, are equal to the setting pressure at the opening of the manometric valve 14. They well reflect the operating stability of the motor 1 thus supplied , to all diets.

La lignes p sépare la courbe de la figure 2 en deux parties distinctes qui correspondent à deux phases de fonctionnement du moteur
Au-dessous de cette ligne se trouve la partie se rapportant à une alimentation en phase atmosphérique avec la vanne-papillon 12 fermée.
Line p separates the curve of FIG. 2 into two distinct parts which correspond to two phases of engine operation
Below this line is the part relating to an atmospheric phase supply with the butterfly valve 12 closed.

Au-dessus de cette ligne se trouve la partie se rapportant à une alimentation en phase suralimentée avec la vanne-papillon 12 ouverte.Above this line is the part relating to a supercharged phase supply with the butterfly valve 12 open.

L'intérêt de cette technique d'alimentation mixte réside dans la limitation du couple résistant de la roue du compresseur 5 ; en effet, ce couple est proportionnel au débit massique et ne dépend que dans une bien moindre proportion du rapport de pression.The advantage of this mixed supply technique lies in the limitation of the resistive torque of the compressor wheel 5; in fact, this torque is proportional to the mass flow rate and depends only to a much lesser extent on the pressure ratio.

Comme le débit sortant du moteur reste à peu près le même durant la phase atmosphérique, à régime et charge constants, le régime de rotation du turbocompresseur augmente très sensiblement, cequi entraîne deux conséquences avantageuses - la réponse dynamique est améliorée ; - le rendement du moteur augmente du fait de la dimi
nution de la contre-pression à l'échappement par
augmentation de la permeatilité de la turbine 4.
As the outflow from the engine remains about the same during the atmospheric phase, at constant speed and load, the rotation speed of the turbocharger increases very significantly, which has two advantageous consequences - the dynamic response is improved; - the engine efficiency increases due to the dimi
exhaust back pressure by
increased permeability of the turbine 4.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation mixte "atmosphérique-suralimenté" pour un moteur à combustion interne (1) équipé d'un turbocompresseur (4, 5) entraîné par les gaz dréchappement, caractérisé en ce qu'il comprend deux circuits d'alimentation disposés en parallèle sur l'admission du moteur - un premier circuit destiné au fonctionnement en1. "Atmospheric-supercharged" mixed supply system for an internal combustion engine (1) equipped with a turbocharger (4, 5) driven by the exhaust gases, characterized in that it comprises two supply circuits arranged in parallel on the engine intake - a first circuit intended for operation in phase atmosphérique et constitué par un conduit (6) atmospheric phase and consisting of a conduit (6) menant au collecteur d'admission (2) du moteur par leading to the engine intake manifold (2) by l'intermédiaire d'un dispositif antiretour (7) ; et - un second circuit destiné au fonctionnement en phase through a non-return device (7); and - a second circuit intended for phase operation suralimentée et constitué par un conduit (8, 9, 11) supercharged and constituted by a conduit (8, 9, 11) menant au collecteur d'admission (2) du moteur et leading to the engine intake manifold (2) and incorporant successivement une vanne-papillon (12), successively incorporating a butterfly valve (12), un compresseur (5) et un échangeur de chaleur (10).  a compressor (5) and a heat exchanger (10). 2. Système d'alimentation mixte suivant la revendication 1, caractérisé en-ce que cette vanne-papillon (12) fermant le second circuit en phase atmosphérique, est actionnée par un vérin pneumatique (13) commandé par une valve manométrique (14), un clapet antiretour (15) et une prise (16) sur le collecteur d'admission (2). 2. mixed supply system according to claim 1, characterized in that this butterfly valve (12) closing the second circuit in atmospheric phase, is actuated by a pneumatic cylinder (13) controlled by a pressure valve (14), a non-return valve (15) and a socket (16) on the intake manifold (2).
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