FR2871518A1 - Procede de gestion d'un turbocompresseur et turbocompresseur pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents
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Abstract
Procédé de gestion d'un turbocompresseur notamment d'un turbocompresseur de gaz d'échappement dans lequel l'énergie d'un premier flux massique d'air notamment d'un flux de gaz d'échappement est convertie dans une turbine du turbocompresseur en énergie mécanique entraînant le compresseur du turbocompresseur, et le compresseur (3) du turbocompresseur aspire et comprime un second flux massique d'air (10) notamment un flux d'air frais. En amont de l'entrée du second flux massique d'air en particulier du flux massique d'air frais, on injecte un fluide (15) dans le second flux massique d'air du compresseur du turbocompresseur, le fluide injecté se vaporisant dans le compresseur et refroidissant ainsi le compresseur (3).
Description
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé de gestion d'un turbocompresseur notamment d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, dans lequel l'énergie d'un premier flux massique d'air notamment d'un flux de gaz d'échappement est convertie dans une turbine du turbocompresseur en énergie mécanique entraînant le compresseur du turbocompresseur, et le compresseur du turbocompresseur aspire et comprime un second flux massique d'air notamment un flux d'air frais.
L'invention concerne également un turbocompresseur notamment un turbocompresseur à gaz d'échappement pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Etat de la technique Les turbocompresseurs notamment les turbocompresBeurs à gaz d'échappement s'utilisent pour augmenter la puissance que peuvent fournir les moteurs à combustion interne. C'est ainsi que par exemple le document DE 199 28 925 Al décrit un turbocompresseur comportant un compresseur et une turbine associée par un arbre. La turbine prélève de l'énergie d'un flux massique d'air pour la transformer en énergie mécanique servant à l'entraînement du compresseur du turbocompresseur. Selon l'état de la technique, le compresseur et la turbine comportent un rotor.
Les turbocompresseurs actuels compriment un flux massique d'air dans le compresseur à un niveau de pression tel qu'à la sor- tie du compresseur en particulier à la sortie du rotor du compresseur, on se trouve à des températures de plusieurs centaines de degrés Kelvin. Le rotor du compresseur est réalisé de préférence en un alliage d'aluminium de sorte que les températures de plusieurs centaines de degrés de Kelvin au niveau du rotor du compresseur soumettent l'alliage d'aluminium du rotor de compresseur, en particulier au niveau de son diamètre extérieur, à une perte de résistance permanente (vieillissement thermique). Cela peut entraîner la défaillance du rotor du compresseur et ainsi à une réduction de sa durée de vie. Ainsi il est souhaitable de limiter les températures dans la zone de la sortie du ro- tor de compresseur.
But de l'invention Partant de cet état de la technique la présente invention a pour but de développer un turbocompresseur notamment de gaz d'échappement et un procédé de gestion d'un tel turbocompresseur notamment d'un turbocompresseur à gaz d'échappement.
Exposé et avantage de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'en amont de l'entrée du second flux massique d'air en particulier du flux massique d'air frais on injecte un fluide dans le second flux massique d'air du compresseur du turbocompresseur, le fluide injecté se vaporisant dans le compresseur et refroidissant ainsi le compresseur.
De préférence, à son injection le fluide est pulvérisé dans le second flux massique d'air.
De plus, on fait évaporer complètement le fluide injecté dans le compresseur, et avantageusement le fluide injecté dans le second flux massique d'air est de l'eau.
Ainsi, selon l'invention, avant que le flux massique ne pénètre dans le compresseur (encore appelé ci-après second flux massi- que d'air) en particulier le flux massique d'air frais, on injecte un fluide dans le second flux massique d'air au niveau du compresseur du turbo-compresseur; le fluide injecté se vaporise alors dans le compresseur et refroidit en particulier le rotor du compresseur. De plus, cet effet se ré-percute sur l'appareillage de guidage évitant les dépôts d'huile. En ou- tre, cela influence favorablement la formation de NOx.
La présente invention propose ainsi d'injecter un fluide dans le second flux massique d'air que le compresseur du turbocompresseur doit comprimer, cette injection se faisant avant l'entrée du second flux massique d'air dans le compresseur; le fluide se vaporise alors dans le compresseur, et notamment il s'évapore complètement (même une évaporation partielle suffirait) avant de sortir du compresseur ou du rotor de compresseur. Cela permet de refroidir le compresseur ou le rotor de compresseur. On évite ainsi de manière simple le dépassement de la température autorisée du rotor de compresseur et la réduction de résistance qui en résulte.
Selon un développement avantageux de l'invention, on injecte le fluide dans le second flux massique d'air pour que la teneur en fluide soit entre 0,1 et 5 % et de préférence de l'ordre de 1 % de l'ensemble du flux massique composé du second flux massique d'air et s du fluide.
Selon un autre développement avantageux de l'invention, avant son injection dans le second flux massique d'air, le fluide est comprimé et est chauffé pour qu'à son injection il soit à une température située à 20K - 100K au-dessus de la température d'ébullition du fluide dans les conditions normales.
Le turbocompresseur selon l'invention est caractérisé par une installation d'injection d'un fluide dans le second flux massique d'air, notamment un flux massique d'air frais en amont du compresseur.
Avantageusement, d'une part un échangeur de chaleur et d'autre part une pompe sont installés en amont de l'installation pour injecter le fluide dans le second flux massique d'air.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 20 plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un turbocompresseur correspondant à l'état de la technique, la figure 2 est un schéma de principe explicitant le procédé selon 25 l'invention de gestion d'un turbocompresseur.
Description d'un mode de réalisation de l'invention Avant de décrire de manière détaillée l'invention en référence à la figure 1, on décrira au préalable un exemple de turbocompresseur à gaz d'échappement correspondant à l'état de la technique pour en exposé le fonctionnement connu.
La figure 1 montre de manière très schématique un turbocompresseur à gaz d'échappement 1 combiné à un cylindre 2 d'un moteur à combustion interne, et qui comprend un compresseur 3 muni d'un rotor de compresseur 4 et d'une turbine 5 munie d'un rotor de turbine 6.
Une soupape d'échappement 7 associée au cylindre 2 du moteur à combustion interne permet de fournir dans le sens de la flèche 8, un premier flux massique d'air à savoir un flux massique de gaz d'échappement au rotor 6 de la turbine 5; on convertit ainsi l'énergie du premier flux massique d'air traversant le rotor de turbine 6 en énergie mécanique servant à entraîner le rotor de turbine 4 du compresseur 3 du turbocompresseur 1. Le premier flux massique d'air qui se détend dans la turbine 5 c'est-àdire le flux de gaz d'échappement est dégagé du turbocompresseur 1 dans le sens de la flèche 9.
Comme le montre en outre la figure 1, le compresseur 3 du turbocompresseur 1 aspire et comprime dans le sens de la flèche 10, un second flux massique d'air à savoir un flux massique d'air frais; le second flux massique d'air, comprimé est fourni dans le sens de la flèche 11 à travers une soupape d'admission 12 au moteur à combustion interne à savoir au cylindre 2 de celui-ci. Comme le montre la figure 1, un tel turbocompresseur de gaz d'échappement peut en outre comporter un radiateur d'air d'alimentation 13 et une installation de régulation de la pression d'alimentation ou pression de charge 14.
Le rotor 4 du compresseur 3 du turbo à gaz d'échappement 1 représenté à la figure 1 est réalisé de préférence en un alliage d'aluminium; la compression du second flux massique dans le compresseur 3 peut engendrer à la sortie du rotor de compresseur 4 des températures de plusieurs centaines de degrés Kelvin. On risque ainsi de dépasser la température admissible des composants constituant le rotor de compresseur 4; ceci peut se traduire par une perte de solidité du rotor.
Selon la présente invention (figure 2), il est proposé d'injecter en amont de l'entrée du second flux massique d'air 10 dans le compresseur 3 du turbocompresseur, un fluide 15 dans le second flux massique d'air 10. Le fluide 15 est injecté dans le second flux massique d'air 10 par une installation 16 installée en amont du compresseur 3. Le fluide 15 injecté dans le second flux massique d'air est vaporisé dans le compresseur 3 et produit le refroidissement du compresseur à savoir du rotor du compresseur.
Le fluide 15 injecté dans le second flux massique d'air 10 est vaporisé en particulier complètement dans le compresseur. A la sortie du rotor de compresseur 4, on aura ainsi une vaporisation totale du fluide injecté. Pour cela, le fluide 15 est injecté par l'injecteur 16 avec une pulvérisation aussi fine que possible dans le second flux massique d'air 10. Cela se réalise de préférence en comprimant le fluide à injecter 15 avant son injection par une pompe 17 et ensuite en réchauffant ce fluide à une température définie par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 18. Le fluide 15 est ainsi chauffé avant son injection dans le second flux massique d'air 10 par l'échangeur de chaleur 16 pour que le fluide 15 au moment de son injection, c'est-à-dire au niveau de l'installation 16, soit à une température dépassant de 20K jusqu'à 100K sa température d'ébullition dans les conditions de l'environnement. A l'injection du fluide 15 avec une telle température dans le second flux massique d'air 10 les gouttelettes de liquide éclatent par un effet dit de flash.
Le fluide est de préférence injecté dans le second flux massique d'air 10 pour que la teneur en fluide 15 dans le flux massique total composé du fluide 15 et du second flux massique d'air 10 soit compris entre 0,1 % et 5 % de préférence entre 0,5 % et 2 %, et notamment pour que sa concentration se situe à environ 1 %. Comme fluide on injecte en particulier de l'eau dans la seconde veine massique d'air.
Ainsi dans le sens de la présente invention, il est proposé d'injecter dans le second flux massique d'air que le compresseur d'un turbocompresseur doit comprimer, avant que ce flux massique d'air ne soit fourni au compresseur et le fluide étant complètement vaporisé à l'intérieur du compresseur avant d'atteindre la sortie du rotor de compresseur. Cette vaporisation refroidit ou abaisse la température du rotor de compresseur ce qui permet d'éviter le dépassement de la température autorisée des pièces constitutives du rotor de compresseur et d'éviter également une perte de résistance liée à la température.
NOMENCLATURE
1 Turbocompresseur de gaz d'échappement 2 Cylindre 3 Compresseur 4 Rotor de compresseur Turbine 6 Rotor de turbine 7 Soupape d'échappement l0 8 Flèche 9 Flèche Flèche 11 Flèche 12 Soupape d'admission 13 Radiateur d'air d'alimentation 14 Installation de régulation de la pression d'alimentation Fluide 16 Installation 17 Pompe 18 Echangeur de chaleur.
Claims (10)
1 ) Procédé de gestion d'un turbocompresseur notamment d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, dans lequel l'énergie d'un premier flux massique d'air notamment d'un flux de gaz d'échappement est con- vertie dans une turbine du turbocompresseur en énergie mécanique entraînant le compresseur (3) du turbocompresseur, et le compresseur du turbocompresseur aspire et comprime un second flux massique d'air (10) notamment un flux d'air frais, caractérisé en ce qu' en amont de l'entrée du second flux massique d'air en particulier du flux massique d'air frais on injecte un fluide (15) dans le second flux massique d'air (10) du compresseur (3) du turbocompresseur, le fluide injecté se vaporisant dans le compresseur et refroidissant ainsi le compresseur.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à son injection le fluide est pulvérisé dans le second flux massique d'air.
3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' avant son injection dans le second flux massique d'air, le fluide est comprimé et chauffé.
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' avant son injection dans le second flux massique d'air, on chauffe le fluide pour qu'au moment de son injection il soit à une température de 20K jusqu'à 100K au-dessus de sa température d'ébullition.
5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on fait évaporer complètement le fluide injecté dans le compresseur.
6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide injecté dans le second flux massique d'air est de l'eau.
7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on injecte le fluide dans le second flux massique d'air pour que la teneur en fluide se situe entre 0,1 % et 5 % du flux massique total du second flux et du fluide.
8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le flux massique total composé du second flux massique d'air et du fluide, la teneur en fluide se situe entre 0,5 % et 2 %, et notamment à environ 1 %.
9 ) Turbocompresseur, notamment de gaz d'échappement, comportant une turbine pour convertir en énergie mécanique l'énergie contenue dans un premier flux massique d'air notamment dans le flux des gaz d'échappement, pour entraîner le compresseur du turbocompresseur, qui de son côté est alimenté avec un second flux massique d'air, notamment un flux massique d'air frais, caractérisé par une installation d'injection (16) d'un fluide (15) dans le second flux massique d'air, notamment un flux massique d'air frais (10) en amont du compresseur (3).
10 ) Turbocompresseur selon la revendication 9, caractérisé en ce que d'une part un échangeur de chaleur (18) et d'autre part une pompe (17) sont installés en amont de l'installation (16) pour injecter le fluide (15) dans le second flux massique d'air (10).
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