FR2789120A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING AN EXHAUST GAS TURBOCHARGER - Google Patents
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Abstract
L'invention vise à remédier aux faibles rendements d'un turbocompresseur aux basses vitesses de rotation du moteur.Des moyens (13, 14, 15, 16, 18) sont prévus pour insuffler de l'air comprimé provenant d'au moins une source d'air comprimé (14, 15) dans l'unité de compresseur d'air (7) d'au moins un turbocompresseur (7, 8) à gaz d'échappement, ou dans un canal d'air aspiré (6a) situé en amont et débouchant dans celui-ci.Applicable aux moteurs à turbocompresseur de véhicules automobiles disposant d'une source supplémentaire d'air comprimé, en particulier aux moteurs à allumage par étincelle et à injection directe.The invention aims to remedy the low efficiencies of a turbocharger at low engine rotation speeds. Means (13, 14, 15, 16, 18) are provided for blowing compressed air from at least one source. compressed air (14, 15) in the air compressor unit (7) of at least one exhaust gas turbocharger (7, 8), or in a suction air channel (6a) located upstream and opening into it.Applicable to turbocharged engines of motor vehicles having an additional source of compressed air, in particular to spark ignition and direct injection engines.
Description
L'invention concerne un moteur à combustion interne équipé d'au moins unThe invention relates to an internal combustion engine equipped with at least one
turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement, qui comprend une unité de turbine à gaz d'échappement et une unité de compresseur d'air, et auquel est coordonnée au moins une source d'air comprimé, en particulier sous la forme d'un moteur à allumage par étincelle exhaust gas turbocharger, which comprises an exhaust gas turbine unit and an air compressor unit, and to which at least one source of compressed air is coordinated, in particular in the form of a spark ignition engine
(cycle Otto) et à injection directe pour un véhicule automobile. (Otto cycle) and direct injection for a motor vehicle.
Les unités de compresseurs d'air pour moteurs à combustion interne augmentent, par compression de l'air nécessaire à la combustion du carburant, le débit d'air d'un moteur pour la même cylindrée et la même vitesse de rotation du moteur, et permettent ainsi une puissance volumique plus élevée. On connaît, en tant qu'unités de compresseurs d'air, des compresseurs entraînés mécaniquement et des turbocompresseurs à gaz d'échappement. Ces derniers sont capables d'utiliser l'énergie cinétique des gaz d'échappement provenant de la combustion pour comprimer l'air. Au bas régime de vitesse, les turbocompresseurs à gaz d'échappement ont The air compressor units for internal combustion engines increase, by compression of the air necessary for the combustion of fuel, the air flow of an engine for the same displacement and the same engine rotation speed, and thus allow a higher power density. As air compressor units, mechanically driven compressors and exhaust gas turbochargers are known. The latter are able to use the kinetic energy of the exhaust gases from combustion to compress the air. At low speed, exhaust gas turbochargers have
cependant l'inconvénient de présenter un mauvais comportement de réponse. however the disadvantage of exhibiting poor response behavior.
Les sources d'air comprimé pour moteurs à combustion interne sont utilisées en particulier pour moteurs à injection directe. Un dispositif d'injection directe, du type dont il est question ici, est connu par exemple par le document WO 87/02419, dans lequel une pompe de refoulement de carburant est prévue pour amener du carburant sous pression. Ce dispositif contient une unité de compresseur d'air qui fournit de l'air d'alimentation (de suralimentation) pour le moteur à combustion interne. L'injection définie d'une quantité de carburant favorable pour la combustion et exactement Compressed air sources for internal combustion engines are used in particular for direct injection engines. A direct injection device, of the type in question here, is known for example from document WO 87/02419, in which a fuel delivery pump is provided for supplying fuel under pressure. This device contains an air compressor unit which supplies supply (charge) air for the internal combustion engine. The defined injection of a quantity of fuel favorable for combustion and exactly
dosée est rendue possible par des moyens pour établir une pression diffé- metering is made possible by means for establishing a different pressure
rentielle déterminée entre la pression de l'unité de compresseur d'air et la determined between the pressure of the air compressor unit and the
pression de la pompe de refoulement de carburant. fuel delivery pump pressure.
La publication "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's The publication "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's
Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4- Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-
Stroke Engines" de Rodney Houston, Geoffrey Cathcart, Orbital Engine Company, Perth, Western Australia, divulgue un dispositif pour l'injection directe, commandée électroniquement, d'un mélange air- carburant dans un moteur à combustion interne dans lequel est prévu un compresseur pour générer de l'air comprimé. Cet air comprimé permet d'une part l'introduction dosée d'un jet de carburant finement pulvérisé dans la zone de chambre de Stroke Engines "by Rodney Houston, Geoffrey Cathcart, Orbital Engine Company, Perth, Western Australia, discloses a device for the electronically controlled direct injection of an air-fuel mixture into an internal combustion engine in which a compressor is provided to generate compressed air. This compressed air allows on the one hand the metered introduction of a finely atomized jet of fuel into the
combustion d'un cylindre et d'autre part une précompression de l'air aspiré. combustion of a cylinder and on the other hand a precompression of the aspirated air.
Le but de l'invention est de créer un moteur à combustion interne, équipé d'un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement, sur lequel puisse être fournie également une haute pression d'alimentation au bas régime de vitesse, en particulier pendant des phases d'accélération du moteur. On obtient ce résultat par un moteur à combustion interne, du type défini au début, sur lequel sont prévus des moyens pour insuffler de l'air comprimé, provenant de la source d'air comprimé, au nombre d'au moins une, dans l'unité de compresseur d'air du turbocompresseur, au nombre d'au moins un, ou dans un canal d'air aspiré situé en amont et débouchant dans celui-ci. Par cette insufflation d'air comprimé, I'unité de compresseur d'air est soutenue dans son action de compression, de sorte qu'elle est également capable au bas régime de vitesse du moteur à combustion interne d'établir une pression d'alimentation élevée. Ainsi est créé un moteur dont la puissance motrice est également relativement élevée au bas régime de vitesse et qui présente, à ce régime, des valeurs favorables des gaz d'échappement émis, en particulier un plus faible dégagement de The object of the invention is to create an internal combustion engine, equipped with an exhaust gas turbocharger, on which a high supply pressure can also be supplied at low speed, especially during engine acceleration phases. This is obtained by an internal combustion engine, of the type defined at the start, on which means are provided for blowing compressed air, coming from the source of compressed air, at least one in number, in the air compressor unit of the turbocharger, at least one in number, or in a suction air channel situated upstream and opening into it. By this blowing of compressed air, the air compressor unit is supported in its compression action, so that it is also capable, at the low speed of the internal combustion engine, of establishing a supply pressure. high. Thus is created an engine whose motive power is also relatively high at low speed and which, at this speed, has favorable values of the exhaust gases emitted, in particular a lower clearance of
fumée.smoke.
Selon un développement de l'invention, les moyens d'insufflation d'air comprimé soufflent l'air comprimé sur une roue de compresseur de l'unité de compresseur d'air et produisent ainsi un effet direct d'entraînement en rotation sur cette roue. De cette manière, la puissance du moteur à combustion interne peut être accrue sans modifications sur la partie mobile According to a development of the invention, the means for blowing compressed air blows the compressed air onto a compressor wheel of the air compressor unit and thus produces a direct effect of driving in rotation on this wheel. . In this way, the power of the internal combustion engine can be increased without modifications on the moving part.
du turbocompresseur.turbocharger.
Selon un autre développement de l'invention, les moyens d'insufflation d'air comprimé dans l'unité de compresseur d'air comportent des buses, par According to another development of the invention, the means for blowing compressed air into the air compressor unit comprises nozzles, by
lesquelles ces moyens soufflent de l'air comprimé sur la roue de compres- which these means blow compressed air on the compression wheel
seur. De cette manière, I'énergie accumulée dans l'air comprimé peut être convertie avec un haut rendement en un mouvement tournant de la roue de compresseur. Selon encore un autre développement de l'invention, les moyens d'insufflation d'air comprimé comprennent des moyens de distribution pilotables pour l'insufflation, pilotable dans le temps, de l'air comprimé. De cette manière, il devient possible de passer d'un entraînement exclusif du turbocompresseur par l'énergie cinétique du flux de gaz d'échappement à un entraînement de soutien du turbocompresseur par de l'air comprimé et inversement. La puissance du moteur à combustion interne peut ainsi être sister. In this way, the energy accumulated in the compressed air can be converted with high efficiency in a rotating movement of the compressor wheel. According to yet another development of the invention, the means for insufflation of compressed air comprise controllable distribution means for insufflation, controllable over time, of compressed air. In this way, it becomes possible to pass from an exclusive drive of the turbocharger by the kinetic energy of the flow of exhaust gas to a drive to support the turbocharger by compressed air and vice versa. The power of the internal combustion engine can thus be
pilotée et le comportement quant aux gaz d'échappement est optimisable. controlled and the behavior with regard to exhaust gases can be optimized.
En cas d'utilisation d'un tel moteur dans des véhicules automobiles, on peut obtenir un meilleur comportement d'accélération, en particulier aussi au bas When using such an engine in motor vehicles, better acceleration behavior can be obtained, especially also at the bottom.
régime de vitesse.speed regime.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus Other characteristics and advantages of the invention will emerge more
clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation clearly from the following description of an exemplary embodiment
avantageux, mais nullement limitatif de l'invention, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur et d'un dispositif d'injection directe; et - la figure 2 est une vue de côté de l'unité de compresseur d'air, à advantageous, but in no way limitative of the invention, as well as of the appended drawing, in which: - Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine equipped with a turbocharger and a direct injection device; and - Figure 2 is a side view of the air compressor unit, with
l'état ouvert, du turbocompresseur selon la figure 1. the open state of the turbocharger according to FIG. 1.
Le moteur à combustion interne 1 montré sur la figure 1, il peut s'agir en particulier d'un moteur à allumage par étincelle (cycle Otto) et à injection directe, comporte plusieurs cylindres dont un seul cylindre 2 est représenté à titre d'exemple. Dans une zone de chambre de combustion 3 du cylindre 2 The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1, it may in particular be a spark ignition engine (Otto cycle) and direct injection, has several cylinders of which only one cylinder 2 is shown as example. In a combustion chamber area 3 of cylinder 2
sont disposées une soupape d'admission d'air 4 et une soupape d'échap- an air intake valve 4 and an exhaust valve are arranged
pement 5. À la soupape d'admission d'air 4 est amené, à travers un conduit pement 5. To the air intake valve 4 is brought, through a duct
d'air d'alimentation 6 en tant que canal d'air aspiré, par une unité de com- supply air 6 as a suction air channel, via a control unit
presseur d'air 7 d'un turbocompresseur muni d'une turbine à gaz d'échappe- air presser 7 of a turbocharger provided with an exhaust gas turbine
ment 8, de l'air aspiré, comprimé, devant être injecté dans la zone de chambre de combustion 3. Là, I'air aspiré comprimé, est mélangé avec un mélange air-carburant finement pulvérisé, qui est amené à travers un injecteur de mélange 9 en tant que partie d'un dispositif - dont les autres parties ne sont pas représentées - pour l'injection directe. Pour allumer le mélange air-carburant, une bougie d'allumage 10 est prévue dans la zone de chambre de combustion 3. Le gaz d'échappement éjecté de cette zone ment 8, compressed, sucked air to be injected into the combustion chamber zone 3. There, the compressed sucked air is mixed with a finely pulverized air-fuel mixture, which is supplied through a mixture 9 as part of a device - the other parts of which are not shown - for direct injection. To ignite the air-fuel mixture, a spark plug 10 is provided in the combustion chamber zone 3. The exhaust gas ejected from this zone
s'écoule à travers la soupape d'échappement 5 dans un conduit d'échap- flows through the exhaust valve 5 into an exhaust pipe
pement 11 et entraîne par son énergie cinétique la turbine à gaz d'échappe- pement 11 and by its kinetic energy drives the exhaust gas turbine
ment 8.ment 8.
L'injecteur 9 mélange du carburant, provenant d'un tuyau de carbu- The injector 9 mixes fuel from a fuel pipe
rant 12, de façon définie avec de l'air comprimé provenant d'un conduit d'air comprimé 13 qui est alimenté en air comprimé d'une pression d'environ 10 bars par une unité de compresseur 14 et un réservoir d'air comprimé 15. Afin que de l'air aspiré fortement comprimé puisse également être amené à la zone de chambre de combustion 3 alors que la vitesse de rotation du moteur 1 est relativement faible, on a prévu des moyens d'insufflation d'air comprimé, par lesquels de l'air comprimé provenant du réservoir 15 peut être envoyé, de manière pilotable dans le temps, à l'unité de compresseur d'air 7 du turbocompresseur. Dans ce but, lesdits moyens comportent un conduit d'air comprimé 13a menant du réservoir 15 à l'unité de compresseur 7 et dans lequel se trouve une soupape 16 à commande électromagnétique. Dans l'unité de compresseur d'air 7, l'air comprimé amené est soufflé latéralement sur une roue de compresseur de cette unité, de sorte que l'énergie cinétique de cet air est transmise à la roue de compresseur, afin de conférer ainsi une accélération supplémentaire à la rant 12, in a defined manner with compressed air coming from a compressed air duct 13 which is supplied with compressed air of a pressure of about 10 bars by a compressor unit 14 and a compressed air tank 15. In order that highly compressed aspirated air can also be supplied to the combustion chamber zone 3 while the speed of rotation of the engine 1 is relatively low, provision has been made for blowing compressed air, by which of the compressed air from the reservoir 15 can be sent, in a controllable manner over time, to the air compressor unit 7 of the turbocharger. For this purpose, said means comprise a compressed air duct 13a leading from the reservoir 15 to the compressor unit 7 and in which there is a valve 16 with electromagnetic control. In the air compressor unit 7, the compressed air supplied is blown laterally on a compressor wheel of this unit, so that the kinetic energy of this air is transmitted to the compressor wheel, so as to thereby confer additional acceleration to the
partie ou équipement mobile du turbocompresseur. mobile part or equipment of the turbocharger.
Il en résulte un débit accru d'air de l'unité de compresseur 7 et, par suite, une augmentation de sa capacité de compression. Ces deux résultats procurent une conversion accrue d'énergie du moteur 1. De plus, on peut utiliser à cet effet le système de conduits d'air comprimé présent de toutes manières sur un moteur à injection directe. Cependant, lorsque, à vitesse de rotation plus élevée, l'énergie cinétique du gaz d'échappement suffit pour fournir, au moyen du turbocompresseur, une pression d'alimentation désirée, la soupape 16 est fermée. Une mise en circuit du système de conduits d'air comprimé, au moyen de la soupape 16, agit donc comme une aide à l'accélération. Afin de pouvoir faire fonctionner le moteur en This results in an increased flow of air from the compressor unit 7 and, consequently, an increase in its compression capacity. These two results provide an increased conversion of energy from engine 1. In addition, the compressed air duct system present in any case on a direct injection engine can be used for this purpose. However, when, at a higher speed, the kinetic energy of the exhaust gas is sufficient to supply, by means of the turbocharger, a desired supply pressure, the valve 16 is closed. Switching on the compressed air duct system by means of the valve 16 therefore acts as an acceleration aid. In order to be able to operate the engine in
permanence à une pression d'alimentation optimale, on peut éventuelle- permanently at an optimum supply pressure, it is possible
ment prévoir une commande de la soupape 16 en fonction du diagramme caractéristique du moteur, à l'aide d'une unité de commande appropriée du moteur. La figure 2 est une vue de côté de la roue de compresseur spiralée de l'unité de compresseur d'air 7 à l'état ouvert. La roue de compresseur de cette unité est montée rotative sur un arbre 17 dans un carter 18. Un contour antagoniste 18a de la roue de compresseur est pourvu d'orifices 19, réalisés à la façon de buses et représentant des perçages uniformément répartis dans la direction circonférentielle autour de l'arbre 17. L'air comprimé amené à travers le conduit 13a est soufflé à travers ces orifices 19 sur la roue de compresseur. L'air comprimé ainsi insufflé, comme l'air aspiré comprimé par la roue de compresseur, pénètre dans le conduit d'air d'alimentation 6 et contribue ainsi à l'augmentation de la quantité d'air d'alimentation. Il n'est pas obligatoire que le conduit d'air comprimé 13a, menant à l'unité de compresseur 7, soit raccordé à une source d'air comprimé d'un dispositif d'injection directe; ce conduit peut aussi être raccordé à toute autre source d'air comprimé appropriée, par exemple à celle d'un système de freinage pneumatique. La source d'air comprimé d'un tel système de freinage doit alors être dimensionnée de façon adéquate pour que la pression ne risque pas de descendre au-dessous de la pression minimale du ment provide a valve 16 control according to the characteristic diagram of the engine, using an appropriate engine control unit. Figure 2 is a side view of the spiral compressor wheel of the air compressor unit 7 in the open state. The compressor wheel of this unit is rotatably mounted on a shaft 17 in a casing 18. An opposing contour 18a of the compressor wheel is provided with orifices 19, produced in the manner of nozzles and representing holes uniformly distributed in the direction circumferential around the shaft 17. The compressed air supplied through the conduit 13a is blown through these orifices 19 on the compressor wheel. The compressed air thus blown, like the aspirated air compressed by the compressor wheel, enters the supply air duct 6 and thus contributes to the increase in the quantity of supply air. It is not compulsory that the compressed air duct 13a, leading to the compressor unit 7, be connected to a source of compressed air from a direct injection device; this duct can also be connected to any other suitable compressed air source, for example to that of a pneumatic braking system. The compressed air source of such a braking system must then be adequately dimensioned so that the pressure does not risk falling below the minimum pressure of the
système de freinage.braking system.
Au lieu d'insuffler de l'air comprimé exclusivement de façon directe dans l'unité de compresseur d'air 7, comme représenté, il est possible aussi, selon une variante de réalisation, d'insuffler de l'air comprimé partiellement ou exclusivement dans le conduit d'air aspiré 6a en amont de la roue de compresseur 7. Il est possible encore d'insuffler de l'air comprimé dans le Instead of blowing compressed air exclusively directly into the air compressor unit 7, as shown, it is also possible, according to an alternative embodiment, to blast compressed air partially or exclusively in the suction air duct 6a upstream of the compressor wheel 7. It is also possible to inject compressed air into the
conduit d'air d'alimentation 6.supply air duct 6.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 216 (M - 329) 3 October 1984 (1984-10-03) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1315788B1 (en) | 2003-03-26 |
| ITRM20000003A1 (en) | 2001-07-05 |
| ITRM20000003A0 (en) | 2000-01-05 |
| DE19903579A1 (en) | 2000-08-03 |
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