FR2831611A1 - Moteur a combustion interne avec un turbocompresseur a gaz d'echappement et un dispositif de recyclage de gaz d'echappement - Google Patents

Moteur a combustion interne avec un turbocompresseur a gaz d'echappement et un dispositif de recyclage de gaz d'echappement Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un moteur à combustion interne (1) qui présente un turbocompresseur (2) à gaz d'échappement et un dispositif de recyclage de gaz d'échappement (9), où le turbocompresseur (2) comprend une turbine à gaz d'échappement (3) et un compresseur (5), et la turbine à gaz d'échappement (9) présente plusieurs flux de courant (17a, 17b, 18) que l'on alimente, par l'intermédiaire de collecteurs d'échappement (4a, 4b) séparés, en gaz d'échappement provenant à chaque fois d'une partie des sorties de cylindre du moteur à combustion interne (1). On prévoit au total trois flux de courant (17a, 17b, 18) dans la turbine à gaz d'échappement (3), parmi lesquels deux (17a, 17b) communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement (9), où on attribue à un de ces flux de courant, un organe d'étranglement ajustable (15) destiné à régler le flux massique du gaz d'échappement destiné au recyclage.

Description

bloc-moteur (1) est refroidi par une circulation d'huile.
L'invention a trait à un moteur à combustion interne avec un turbocompresseur à gaz d'échappement et un dispositif de recyclage de gaz d'échappement, présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement, une turbine à gaz d'échappement qui est attribuée au turbocompresseur, et, dans la tuyauterie d'aspiration du moteur à combustion interne, un compresseur, la turbine à gaz d'échappement présentant plusieurs flux de courant permettant d'alimenter la roue de turbine en gaz d'échappement, et présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement, deux collecteurs d'échappement séparés qui relient chacun une partie des sorties de cylindre du moteur à combustion interne aux flux de courant, et présentant une conduite de recyclage qui est attribuée au dispositif de recyclage d'échappement et qui est située entre au moins un des flux de
courant et la tuyauterie d'aspiration.
La publication DE 198 57 234 C2 décrit un moteur à combustion interne d'un tel type. Le moteur à combustion interne est muni d'un turbocompresseur présentant une turUine à gaz d'échappement qui est munie de deux flux de courant en forme de spirale qui sont alimentés en gaz d'échappement, à chaque fois par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement qui est relié à un banc de cylindre individuel appartenant au moteur à combustion interne. Les sections transversales des deux flux de cou rant sont de tail le différente, ce qui occasionne, dans la tuyauterie menant vers le flux de courant de moindre taille, une contre- pression de gaz d'échappement plus élevée. Cette tuyauterie est reliée à un dispositif de recyclage de gaz d'échappement, par lequel on est en mesure de transférer, de la tuyauterie de gaz d'échappement vers la tuyauterie d'aspiration, un débit massique réglable du gaz d'échappement, afin de réduire l'émission des gaz d'échappement. La pression supérieure dans le flux de courant de moindre taille permet de recycler le gaz d'échappement pour un champ d'application relativement vaste du moteur à combustion interne. La détermination du rapport de taille entre les deux flux de courant est d'une importance décisive quant au comportement d'émission
et de consommation.
Le but de l'invention, partant de l'état de la technique décrit, est de concevoir un moteur à combustion interne générique générant une faible teneur en substances polluantes et présentant une faible
consommation de carburant.
Selon l'invention, on parvient à ce but par un moteur à combustion interne avec un turbocompresseur à gaz d'échappement et un dispositif de recyclage de gaz d'échappement, présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement, une turbine à gaz d'échappement qui est attribuée au turbocompresseur, et, dans la tuyauterie d'aspiration du moteur à combustion interne, un compresseur, la turbine à gaz d'échappement présentant plusieurs flux de courant permettant d'alimenter la roue de turbine en gaz d'échappement, et présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement, deux collecteurs d'échappement séparés qui relient chacun une partie des sorties de cylindre du moteur à combustion interne aux flux de courant, et présentant une conduite de recyclage qui est attribuée au dispositif de recyclage d'échappement et qui est située entre au moins un des flux de courant et la tuyauterie d'aspiration. De fason caractéristique, la turbine à gaz d'échappement présente au total trois flux de courant, dont deux flux de courant communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement, tandis que le troisième flux de courant ne participe pas au recyclage du gaz d'échappement. On attribue un organe d'étranglement ajustable à un des deux flux de courant qui communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement, afin de réaliser le réglage du débit massique du gaz d'échappement destiné au recyclage. On peut régler, au moyen d'un ajustage de l'organe d'étranglement, en particulier le débit massique du gaz d'échappement destiné à l'alimentation du flux de courant concerné, et on peut éventuellement le fermer complètement, de sorte que, dans le cas o les deux flux de courant sont alimentés par un collecteur d'échappement commun, la totalité du débit massique du gaz d'échappement de ce collecteur soit accumulé dans le flux de courant dépourvu d'organe d'étranglement, un fait qui permet, de par la réduction de l'ensemble de ia section transversale de courant, d'obtenir un niveau de pression plus élevé, de sorte que le recyclage de gaz d'échappement s'avère possible, dans un champs d'application plus vaste, en particulier
dès une faible vitesse de rotation du moteur et du turbocompresseur.
Dans une forme développée judicieuse, I'organe d'étranglement qui est disposé, ou bien dans la conduite d'amenée pour le flux de courant, ou bien dans le carter de la turbine, constitue, de plus, une partie composante d'un dispositif de vidange par laquelle on peut vidanger une partie réglable du débit massique du gaz d'échappement, en contournant la turUine à gaz d'échappement; dans ce cas, I'organe d'étranglement est conçu en particulier sous forme d'une soupape à trois voies. Lors d'un étranglement prononcé, on fait dériver le courant de gaz d'échappement dans le flux de courant dépourvu d'organe d'étranglement, ce qui permet d'obtenir un niveau de pression élevé. En évitant, au moyen d'une vidange, une surpression inadmissible dans le colle*eur d'échappement,
on peut éviter en particulier une survitesse du turbocompresseur.
Dans une forme de réalisation judicieuse, on alimente les deux flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, par un collecteur d'échappement commun, le troisième flux de courant qui ne participe pas au recyclage de gaz d'échappement est. en revanche, relié
au moteur à combustion interne par un collecteur d'échappement séparé.
Les deux collecteurs d'échappement sont reliés, de manière avantageuse, à des différents bancs de cylindre du moteur à combustion interne, par lesquels on peut alimenter les différents flux de courant en gaz d'échappement provenant à chaque fois d'une partie des cylindres du moteur à combustion interne. On peut choisir non seulement une répartition symétrique mais encore une répartition asymétrique des cylindres, o dans le cas d'une répartition asymétrique on amène, de préférence, le gaz d'échappement provenant du nombre élevé de cylindres, au troisième flux de courant qui ne participe pas au recyclage de
gaz d'échappement.
La turUine à gaz d'échappement est. de manière judicieuse, munie d'une géométrie de turbine variable au moyen de laquelle on peut ajuster, de manière variable, la section transversale d'entrée de courant vers la roue de turbine, d'au moins un flux de courant. La géométrie de turbine variable - par exemple une grille directrice que l'on peut déplacer en la glissant axialement dans la section transversale d'entrée du courant, ou une grille directrice qui présente des aubes directrices réglables - est d isposée, de ma n ière ava ntageuse, da ns la section tra nsversa le d'entrée du courant appartenant au flux de courant qui ne participe pas au recyclage de gaz d'échappement. On peut disposer également, en supplément ou en alternative, la géométrie de turUine variable dans la section transversale de courant appartenant au flux de courant qui participe au recyclage de gaz d'échappement et auquel on a attribué l'organe d'étranglement; on peut éventuellement ajuster cette géométrie de turbine variable indépendamment du flux de courant qui est exclu du
recyclage de gaz d'échappement.
On peut utiliser l'emplacement de la géométrie de turbine variable en tant que grandeur de réglage pour optimiser le fonctionnement lors de l'ouverture des gaz ainsi que le régime de frein moteur. L'ajustage de l'organe d'étranglement ainsi qu'éventuellement celui d'une soupape de recyclage q u i est position née da ns la condu ite de recyclage du d ispositif de recyclage de gaz d'échappement, constituent des possibilités de
réglage supplémentaires.
Les deux flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement présentent, de manière judicieuse, une taille inférieure à celle du troisième flux de courant qui ne participe pas au recyclage de gaz d'échappement. Un paramètre de débit de turbine que l'on calcule à partir du débit massique du gaz d'échappement, de la température et de la pression de chaque flux de courant, peut permettre de déterminer le rapport de taille. La somme des paramètres de débit de turUine des deux flux de courant de moindre taille qui participent au recyclage de gaz d'échappement, est comprise, de manière judicieuse, dans une plage de % à 120 %, par rapport au paramètre de déUit de turUine correspondant du flux de taille supérieure qui ne participe pas au recyclage de gaz d'échappement. Les flux de courant de taille relativement petite, qui communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement, permettent d'obtenir une contre-pression du gaz d'échappement plus élevée que le flux de courant de taille supérieure, un fait que l'on peut exploiter pour le recyclage de gaz d'échappement. Il s'avère éventuellement avantageux de concevoir les flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, de manière à ce que la taille de leur ensemble soit inférieure à la taille du troisième flux de courant, de sorte que la somme des paramètres de débit de turbine des deux flux de courant de moindre taille soit inférieure (moins de 100 %) au paramètre de débit de turbine du troisième flux de courant de taille supérieure. La connaissance du rapport des paramètres de déUit de turbine, sur la base d'une corrélation établie de manière empirique ou éventuellement de manière analytique, permet d'en déduire le dimensionnement géométrique exact de chaque flux de courant éventuellement après avoir déterminé des valeurs absolues pour les paramètres de débit de turbine, par exemple en fonction de la cylindrée du moteur à combustion interne. On peut déterminer, à partir d'une telle corrélation, en particulier la section transversale de la spirale de chaque flux de courant en forme de spirale, ainsi que la distance radiale entre I'axe médian dans l'entrée du courant de la section transversale de la spirale, et l'axe de rotation de la roue de turbine. Ces grandeurs géométriques permettent en principe de réaliser la conception de la
construction de chaque flux de courant.
On peut, dans le cadre d'une autre forme de réalisation avantageuse, déterminer le rapport de taille entre les deux flux de courant de moi nd re tai l le qui pa rtici pent au recyclage de gaz d 'écha ppement, à partir du rapport des paramètres de débit de turbine correspondant. La valeur du paramètre de débit du flux de courant dépourvu d'organe d'étranglement, est comprise, de manière avantageuse, dans une plage de 40 % à 150 %, par rapport au para!mètre de déUit de turbine du flux de courant présentant un organe d'étranglement, o les valeurs inférieures à % - le flux de courant dépourvu d'organe d'étranglement est plus petit que le flux de courant présentant un organe d'étranglement s'avèrent particulièrement avantageuses, car le flux de courant des deux
qui présente la taille inférieure, permet d'obtenir une pression plus élevée.
On peut dimensionner chacun des trois flux de courant, en tenant compte de la règle de dimensionnement susmentionnée, éventuellement après avoir défini une grandeur absolue, par exemple pour le paramètre total de débit de turbine que l'on établit au moyen d'une addition de chacun des trois paramètres individuels de déhit de turbine, en fonction de la cylindrée du moteur à combustion interne ou d'un autre paramètre caractéristique. De préférence, les deux flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, présentent une section transversale 3 5 dem i-axia le d'entrée de cou ra nt a i nsi q u'u ne section tra nsversa le rad ia le
d'entrée de courant vers la roue de turbine.
Egalement, de préférence, le rapport de taille (cpR1,S / cpR2,S) entre les deux flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, rapport de taille qui se réfère aux paramètres de débit de turbine (<pR1,S, tR2,S), est compris dans la plage 0,4 (tR1,S / pR2,S) 1, 5 o on peut calculer les paramètres de débit de turUine ($R1,S, cpR2,S), au niveau de la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement, à partir de la corrélation R1,S = rn 31,S / p31,S R2,S = m32,S 32,5 / p32,S o ni31,S, m32,S représentent le déhit massique du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de cou ra nt qu i pa rtici pent au recyclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage de la turUine à gaz d'échappement, T31,S, T32,S représentent la température du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement, p31,S, p32,S représentent la pression du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de cou ra nt q ui pa rtici pent au recyclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage de la
turUine à gaz d'échappement.
De préférence, il est prévu que l'on détermine le rapport de taille ((R1, S + pR2,S) / pT,S) se référant aux paramètres de débit de turbine (tR1,S, pR2,S, T,S), entre les flux de courant, au moyen d'une division, par le paramètre de débit de turbine (tT,S) du troisième flux de courant, de la somme (cpR1,S + cR2,S) des paramètres de débit de turbine (tR1,S, R2,S) des flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et que ce rapport de taille est compris dans la plage 0,7 < ((R1,S + tR2,S) / T,S) < 1,2 o l'on peut calculer les paramètres de déUit de turbine (c> R1,S, pR2,S, T,S), au niveau de la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement, à partir de la corrélation T pR1,S = m3t,S 3],S / p3l,S pR2,S = m32,S / p32,S T,S = m33,S 33,S / p33,S ou m3l,S, m32,S, m33, S représentent le débit massique du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et le troisième flux de courant, au niveau de la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement, T3l,S, T32,S, T33, S représentent la température du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et le troisième flux de courant, au niveau de la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement, p3l,S, p32,S, p33, Sreprésentent la pression du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et le troisième flux de courant, au niveau de la ligne de blocage de la
turbine à gaz d'échappement.
Des avantageuses dispositions supplémentaires, prises seules ou en combinaison, sont présentés ci-après: - la turbine à gaz d'échappement est munie d'une géométrie de turbine variable permettant d'ajuster, de manière variable, la section transversale d'entrée du courant entre au moins un flux de courant et la roue de turbine; - la géométrie de turbine variable est construite sous forme d'une grille directrice que l'on peut introduire, en la déplasant axialement, dans la section transversale d'entrée du courant; - la géométrie de turbine variable est disposée dans la section transversale d'entrce du courant appartenant au flux de courant qui est indépendant du recyclage de gaz d'échappement; - la géométrie de turbine variable est disposée dans une des sections transversales d'entrée du courant appartenant à un flux de courant qui participe au recyclage de gaz d'échappement; - la géométrie de turbine variable est disposée dans la section transversale radiale d'entrée du courant appartenant au flux de courant qui participe au recyclage de gaz d'échappement; - les flux de courant sont séparés l'un de l'autre de manière étanche de fason à conserver la pression; - on alimente, en gaz d'échappement, les deux flux de courant qui participent au recyclage d'échappement, par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement commun, et l'organe d'étranglement ajustable est disposé dans une partie de collecteur se divisant, du collecteur d'échappement; - I'orga ne d'étra ng leme nt est constru it sous forme d 'u ne sou pa pe de vidange par laquelle on peut vidanger un flux massique du gaz
d'échappement réglable, en contournant la turUine à gaz d'échappement.
La description des figures et les dessins décrit des formes de
réalisation judicieuses et des avantages supplémentaires.
La figure représente un schéma d'un moteur à combustion interne suralimenté présentant un dispositif de recyclage de gaz d'échappement, la figure 2 représente une coupe d'une turbine à gaz d'échappement et à trois flux, la figure 3 représente un diagramme montrant des profils de courbe des paramètres de débit de turbine, en fonction des conditions de pression sur la turbine à gaz d'échappement. On emploie, dans les figures suivantes, les mêmes signes de
référence pour les composants identiques.
On a attribué au moteur à combustion interne représenté dans la figure 1 un moteur à étincelles (Otto) ou un moteur à allumage par compression (Diesel) - un turbocompresseur 2 constitué d'une turUine à gaz d'échappement 3 qui est située dans la tuyauterie de gaz d'échappement 4 du moteur à combustion interne, et d'un compresseur 5 situé dans la tuyauterie d'aspiration 6, le compresseur 5 étant commandé,
par l'intermédiaire d'un arbre 7, par la turbine à gaz d'échappement 3.
La turbine à gaz d'échappement 3 est munie d'une géométrie de turUine variable 8 permettant d'ajuster, de manière variable, la section transversale d'entrée opérationnelle de courant menant vers la roue de turbine. La géométrie de turbine variable 8 permet d'optimiser le fonctionnement, non seulement dans le mode de fonctionnement lors de I'ouvertu re des gaz ma is encore au rég i me de frei n moteu r. La géo métrie de turUine variable 8 est éventuellement conçue en forme d'une grille directrice que l'on peut déplacer axialement et que l'on peut introduire en la glissant dans la section transversale d'entrée du courant; d'autres réalisations de construction sont toutefois également intéressantes, par exemple une grille directrice qui est disposée dans la section transversale d'entrée du courant de la turbine, et qui présente des ailettes ou des
aubes directrices réglables.
Le moteur à combustion interne présente deux bancs de cylindre la, lb, et les émanations des cylindres de chaque banc de cylindre sont évacuées dans deux collecteurs d'échappement 4a et 4b séparés formant des parties composantes de la tuyauterie de gaz d'échappement 4, pour les amener à la turbine à gaz d'échappement 3. La turbine à gaz d'échappement 3 présente une construction à plusieurs flux, comme le montre la figure 2 en détail, les collecteurs d'échappement 4a et 4b étant reliés aux différents flux de courant de la turbine à gaz d'échappement 3. La turbine à gaz d'échappement présente, de manière judicieuse, une construction à trois flux, dans laquelle le premier collecteur d'échappement 4a se divise en deux parties de collecteur qui sont chacune reliées à un flux de courant de la turbine, et dans laquelle le deuxième collecteur d'échappement 4b alimente le troisième flux de courant en gaz d'échappement. En outre, on a attribué au moteur à combustion interne 1 un dispositif de recyclage de gaz d'échappement 9 qui est constitué d'une conduite de recyclage 10 située entre le premier collecteur d'échappement 4a et la tuyauterie d'aspiration 6, d'une soupape de recyclage 11 ajustable ainsi que d'un refroidisseur de gaz d'échappement 12 disposé dans la conduite de recyclage 10. La conduite de recyclage 10 rejoint, en aval d'un refroidisseur d'air de suralimentation 13, la tuyauterie d'admission 6. On peut régler la quantité de débit massique du gaz d'échappement destiné
au recyclage, au moyen d'un ajustage de la soupape de recyclage 11.
On peut régler, au moyen d'une unité de commande et de réglage 14, en fonction des grandeurs d'état et opératoires du moteur à combustion interne, les différents unités, en particulier la géométrie de turbine variable 8, la soupape de recyclage li ainsi qu'un organe d'étranglement 15 qui est placé dans une partie du collecteur appartenant au premier collecteur d'échappement 4a qui communique avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement, et qui sert à l'alimentation en gaz d'échappement, d'un des deux flux de courant qui sont alimentés par le
collecteur d'échappement 4a.
On compresse dans un premier temps, à une pression élevée p2, au moyen du compresseur 5 de la tuyauterie d'aspiration 6, I'air de combustion qui est aspiré sous pression amblante p1, puis on le fait refroidir dans le refroidisseur d'air de suralimentation 13. On mène par la suite l'air de combustion sous une pression d'admission p2S, aux admissions de cylindre du moteur à combustion interne l. On amène le gaz d'échappement du moteur à combustion interne, par l'intermédiaire des collecteurs d'échappement 4a et 4b, à la turbine à gaz d'échappement 3, la contre-pression de gaz d'échappement p3 1 et p32 étant respectivement présente dans les parties de collecteur 4a' et 4a" du premier collecteur d'échappement 4a servant à l'alimentation, en gaz d'échappement, de deux des flux de courant, et la contre-pression de gaz d'échappement p33 étant présente dans le deuxième collecteur d'échappement 4b qui est relié au troisième flux de courant. On mène le gaz d'échappement, après son passage à travers la turbine à gaz d'échappement 3, sous une pression de détente P4, d'abord à un dispositif
de purification 16 - un catalyseur et/ou un filtre à suie - puis on l'évacue.
Comme le représente la figure 2, la turbine à gaz d'échappement 3 présente au total trois flux de courant 17a, 17b et 18 en forme de spi ra le. q u i servent à cond ui re le gaz d'écha ppement a me né, à la roue de turbine 19. Les deux premiers flux de courant 17a et 17b communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement et on procède à leur alimentation en gaz d'échappement, au moyen du premier collecteur d'échappement 4a. Le collecteur d'échappement 4a se divise en deux parties de collecteur 4a' et 4a", la dernière comportant l'organe d'étranglement 15 ajustable au moyen duquel on est en mesure de régler le débit massique du gaz d'échappement destiné à alimenter le flux de courant 17b. On peut, de manière judicieuse, faire dévier ou vidanger, au moyen de l'organe d'étranglement 15 et en contournant la turbine, un
débit massique du gaz d'échappement précédemment réglé.
On procède à l'alimentation, en gaz d'échappement, du troisième flux de courant 18, par l'intermédiaire du deuxième collecteur d'échappement 4b. La turbine à gaz d'échappement 3 est construite en forme de turbine combinée qui présente une section transversale semi-axiale d'entrée du courant 20, qui est située entre le premier flux de courant 17a et la roue de turbine 19, ainsi que deux sections transversales radiales d'entrée du courant 21 et 22, qui sont respectivement situées, entre le deuxième flux de courant 17b et la roue de turbine, et entre le troisième flux de courant 18 et la roue de turbine. On peut introduire la géométrie de turbine variable 8 qui est construite en tant que grille directrice que l'on peut déplacer axialement, en la glissant, dans la section transversale radiale d'entrée du courant 22 du troisième flux de courant 18 et, de ma n ière j ud icieuse, éga lement da ns la section tra nsversale radia le d'entrée du courant 21 du deuxième flux de courant 17b. On sépare, de manière étanche, les uns des autres, les trois flux de courant, au moyen des parois séparatrices 23 et 24, judicieusement de façon à conserver la
pression.
On choisit une taille différente pour la construction des trois flux de courant 17a, 17b et 18. Pour pouvoir déterminer leur rapport de taille, on détermine éventuellement le paramètre de débit de turbine p pour les flux de courant que l'on calcule généralement selon la relation = m 3,S / p3,S en fonction du déhit massique du gaz d'échappement rn 3,S, de la température T3,S ainsi que de la contre-pression p3,S au niveau du flux de courant concerné, o l'index "S" représente la ligne de blocage de la turbine, en amont de laquelle une augmentation supplémentaire du
paramètre de débit n'est plus possible.
Pour déterminer le rapport de taille entre les deux flux de courant 17a et 17b de moindre taille qui participent au recyclage du gaz d'échappement, on met en rapport les paramètres de débit concernés R1,S et:pR2,S de ces flux de courant, le rapport de taille qRl,S / pR2,S éta nt com pris, de man ière avantageuse, da ns la plage
0,4 < (rpR1,S / tR2,S) 1,5.
La valeur limite inférieure 0,4 signifie que le plus petit des premiers flux de courant 17a qui présente une conduite d'amenée dépourvue d'étranglement, représente 40 % de la valeur du flux de courant 17b qui est plus grand et qui présente, dans sa conduite d'amenée, I'organe d'étranglement 15. La valeur limite supérieure 1,5 signifie que le paramètre de débit de turbine du premier flux 17a représente 1,5 fois le paramètre de débit de turUine du flux de courant 17b. Toutefois, on choisit, de manière judicieuse, une valeur inférieure à 1, de sorte que le premier flux de courant 17a soit de taille inférieure au deuxième flux de
courant 17b.
Les deux paramètres de débit de turbine cpR1,S et cpR2,S se réfèrent à la ligne de blocage de la turbine à gaz d'échappement qui est référencée par la lettre "S", dans le diagramme selon la figure 3. Cette figure montre que le rapport de pression de turbine p3/p4, en amont de la ligne de blocage - diminution de pression sur la turbine à gaz d'échappement- est. pour l'essentiel, maintenu constant, même dans le cas o le rapport de pression augmente. On calcule les paramètres de débit de turbine R1,S et R2,S selon les relations tR1,S = rn31,S 4 / p31,S pR2,S = rn 32,S;: / p32, S o rh3l,S et rn32,S représentent respectivement le déUit massique du gaz d'échappement des flux de courant 17a et 17b, au niveau de la ligne de blocage, T31,S et T32,S représentent les températures de gaz d'échappement correspondantes et p31,S et p32,S représentent les
pressions de gaz d'échappement correspondantes.
En outre, on peut déterminer le rapport de taille entre, d'une part les deux premiers flux de courant 17a et 17b qui communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement, et, d'autre part, le flux de courant 18 de taille supérieure qui est indépendant du recyclage de gaz d'échappement, selon la relation 0,7 ' ((q)R1,S + R2,S) / T,S < 1,2 o on calcule le paramètre de débit de turbine pT,S à partir de T,S = rh 33,S / p33,S o rh33,S représente le débit massique de gaz d'échappement, T33,S représente la température de gaz d'échappement, et p33,S représente la contre-pression de gaz d'échappement, à chaque fois dans le flux de courant 18 indépendant, au niveau de la ligne de blocage de la turbine. La valeur limite inférieure 0,7 signifie que la somme des paramètres de débit de turUine des flux de courant 17a et 17b représente % de la valeur du paramètre de débit de turUine du flux de courant 18 indépendant. De même, la valeur limite supérieure 1,2 signifie que la somme des paramètres de débit de turbine des flux de courant de moindre taille représente 120 %de la valeur correspondante du flux de
courant indépendant.
On peut déduire la géométrie de chaque flux de courant, des rapports de tail le susmention nés entre les flux de courant de moindre taille qui sont reliés au dispositif de recyclage de gaz d'échappement, ainsi que du rapport entre la somme des flux de courant de moindre taille et le fiux de courant indépendant, à condition que l'on fixe une grandeur supplémentaire absolue pour les paramètres de déUit de turbine. On peut déterminer cette grandeur absolue, par exemple à partir du paramètre total de débit de turbine, à savoir la somme de la totalité des paramètres individuels de débit de turbine de chaque flux de courant, qui présente, par rapport au moteur à combustion interne, une corrélation empirique ou analytique connue, par exemple par rapport à la cylindrée du moteur à combustion interne. A condition que l'on connaisse cette valeur absolue, la détermination concrète des valeurs numériques des débits massiques du gaz d'échappement, des températures et des contre-pressions de gaz d'échappement au niveau de la ligne de blocage s'avère superflue, car on est en mesure de déterminer une normalisation, au moyen de la valeur absolue, et les rapports relatifs des paramètres de débit de turbine entre eux, au moyen des rapports de taille énumérés ci-dessus. On peut déduire la taille de la géométrie de chaque flux de courant, en particulier la section transversale de la spirale à l'entrée du courant, ainsi que la distance radiale entre l'axe médian dans l'entrée du courant, et l'axe de rotation de la roue de turUine, à partir de la valeur numérique de chaque paramètre de déhit de turbine et à partir d'une corrélation empirique ou analytique supplémentaire. Comme le montre le diagramme de la figure 3, le paramètre de débit de turbine tR1 du premier flux de courant 17a est. de manière avantageuse, inférieur au paramètre de déhit de turbine tR2 du deuxième flux de courant 17b, fait qui présente l'avantage de pouvoir, lors d'une fermeture au moyen d'un actionnement de l'organe d'étranglement 15, de la partie du collecteur menant au deuxième flux de courant, conduire la totalité du débit massique du gaz d'échappement du premier collecteur d'échappement vers le premier flux de courant 17a, et d'étre ainsi en mesure d'installer, de par la moindre taille de ce flux de courant, une contre-pression élevée qui permet de procéder au recyclage de gaz
d'échappement dans une plage de fonctionnement vaste.
La figure 3 montre en outre que la somme des paramètres de débit de turdine R1 + cpR2 est. de manière avantageuse, inférieure au paramètre de débit de turbine T du flux de courant indépendant et de 1 5 tail le supérieure 18. La grande tai lle du flux de courant indépendant 18 permet d'atteindre une capacité du moteur et une capacité du frein
moteur élevées.

Claims (10)

    REVENDICATIONS l. Moteur à combustion interne () avec un turbocompresseur (2) à gaz d'échappement et un dispositif de recyclage de gaz d'échappement (9), présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement (4), une turbine à gaz d'échappement (3) qui est attribuée au turbocompresseur (2), et, dans la tuyauterie d'aspiration (6) du moteur à combustion interne (1), un compresseur (5), la turbine à gaz d'échappement (3) présentant plusieurs flux de courant (17a, 17b, 18) permettant d'alimenter la roue de turbine (19) en gaz d'échappement, et présentant, dans la tuyauterie de gaz d'échappement (4), deux collecteurs d'échappement (4a, 4b) séparés qui relient chacun une partie des sorties de cylindre du moteur à combustion interne () aux flux de courant (17a, 17b, 18), et présentant une conduite de recyclage (10) qui est attribuée au dispositif de recyclage d'échappement (9) et qui est située entre au moins un des flux de courant (17a, 17b) et la tuyauterie d'aspiration (6), caractérisé en ce que la turdine à gaz d'échappement (3) présente trois fiux de courant (17a, 17b, 18) parmi lesquels deux flux de courant (17a, 17b) communiquent avec le dispositif de recyclage de gaz d'échappement (9), un organe d'étranglement réglable (15) pour le réglage du débit massique du gaz d'échappement destiné au recyclage, étant attribué à un de ces flux de courant (17a, 17b).
  1. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, présentent une section transversale demi-axiale d'entrée de courant (20) ainsi qu'une section transversale radiale d'entrée de
    courant (21) vers la roue de turbine (19).
  2. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication ou 2, caractérisé en ce que le rapport de taille (tR1,S / R2,S) entre les deux flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, rapport de taille qui se réfère aux paramètres de débit de turbine (tR1,S, cpR2,S), est compris dans la plage 0,4 S (tR1,S / tR2,S) ' 1,5 o on peut calculer les paramètres de déhit de turUine ($R1,S, 4'R2,S), au niveau de la ligne de blocage (S) de la turUine à gaz d'échappement (3), à partir de la corrélation cpR1,S = rn3l,S / p3l,S cl)R2,S = rn32,S / p32, S o rn 3l,S, rn 32,S représentent le débit massique du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant (17a, 17b) qui participent au recvclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage (S) de la turbine à gaz d'échappement (3), T3l,S, T32,S représentent la température du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage (S) de la turbine à gaz d'échappement (3), p31,S, p32,S représentent la pression du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de cou ra nt ( 1 7a, 1 7 b) qu i pa rtici pent au recyclage de gaz d'échappement, au niveau de la ligne de blocage (S)
    de la turbine à gaz d'échappement (3).
  3. 4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications à 3,
    caractérisé en ce que l'on détermine le rapport de taille ((qR1,S + tR2,S) / T,S) se référant aux paramètres de débit de turUine (cR1,S, cpR2,S, pT, S), entre les flux de courant (17a, 17b, 18), au moyen d'une division, par le paramètre de débit de turbine (cpT,S) du troisième flux de courant (18), de la somme (pR1,S + cpR2,S) des paramètres de débit de turbine (tR1,S, tR2,S) des flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et caractérisé en ce que ce rapport de tail le est compris dans la plage 0,7 < ((+R1,S + cpR2,S) / pT,S) < 1,2 o l'on peut calculer les paramètres de débit de turbine (rpR1,S, tR2,S, T,S), au niveau de la ligne de blocage (S) de la turbine à gaz d'échappement (3), à partir de la corrélation T R1,S = rh 31,S /; / p31,S qR2,S = m32,S:s / p32,S cT,S = rn33,S 33,S / p33,S ou rh31,S, rh32,S, rh33,S représentent le débit massique du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et le troisième flux de courant (18), au niveau de la ligne de blocage (S) de la turbine à gaz d'échappement (3) , T31,S, T32,S, T33,S représentent la température du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant (17a, 17b) qui pa rtici pent au recyclage de gaz d'écha ppement, et le troisième flux de courant (18), au niveau de la ligne de blocage (S) de la turbine à gaz d'échappement (3), p31,S, p32,S, p33,Sreprésentent la pression du gaz d'échappement respectivement dans le premier et le deuxième flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage de gaz d'échappement, et le troisième flux de courant (18), au niveau de la ligne de blocage (S) de la turUine à gaz
    d'échappement (3).
  4. 5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications 1 à 4,
    caractérisé en ce que la turUine à gaz d'échappement (3) est munie d'une géométrie de turUine variable (8) permettant d'ajuster, de manière variable, la section transversale d'entrée du courant (20, 21, 22) entre au moins un flux de
    courant (18) et la roue de turbine (19).
  5. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce que la géométrie de turUine variable (8) est construite sous forme d'une grille directrice que l'on peut introduire, en la déplasant axialement, dans la
    section transversale d'entrée du courant (22).
  6. 7. Moteur à combustion interne selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la géométrie de turbine variable (8) est disposée dans la section transversale d'entrée du courant (22) appartenant au flux de courant (18)
    qui est indépendant du recyclage de gaz d'échappement.
  7. 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications 5 à 7,
    caractérisé en ce que la géométrie de turbine variable (8) est disposée dans une des sections transversales d'entrée du courant (20, 21) appartenant à un flux de
    courant (17a, 17b) qui participe au recyclage de gaz d'échappement.
  8. 9. Moteur à combustion interne selon la revendication 2 et 8, caractérisé en ce que la géométrie de turbine variable (8) est disposée dans la section transversale radiale d'entrée du courant (21) appartenant au flux de
    courant (17b) qui participe au recyclage de gaz d'échappement.
  9. 10. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications à 9,
    caractérisé en ce que les flux de courant (17a, 17b, 18) sont séparés l'un de l'autre de façon à
    conserver la pression.
    ll. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications 1 à 10,
    caractérisé en ce que l'on alimente, en gaz d'échappement, les deux flux de courant (17a, 17b) qui participent au recyclage d'échappement, par l'intermédiaire d'un collecteur d'échappement (4a) commun, et caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (15) ajustable est disposé dans une partie de collecteur
    (4a") se divisant, du collecteur d'échappement (4a).
  10. 12. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des
    revendications 1 à ll,
    caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (15) est construit sous forme d'une soupape de vidange par laquelle on peut vidanger un flux massique du gaz d'échappement réglable, en contournant la turbine à gaz d'échappement
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