FR2874261A1 - Thermal internal combustion engine testing stand has turbocharger lubrication circuit including one branch connecting tank to turbocharger for feeding turbocharger and another branch returning lubrication circuit towards another tank - Google Patents
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Abstract
Description
2874261 12874261 1
Banc d'essais de moteur thermique comportant un turbocompresseur. Engine test bench comprising a turbocharger.
L'invention concerne un banc d'essais de moteur thermique comportant un turbocompresseur. The invention relates to a thermal engine test bench comprising a turbocharger.
Les moteurs thermiques à combustion internes équipé de turbocompresseur comportent également un circuit de lubrification des organes du moteur. Une branche de ce circuit est connectée au turbocompresseur pour alimenter en lubrifiant des paliers dans lesquels un arbre reliant la turbine au compresseur est monté rotatif. Le circuit se poursuit par une branche de retour vers le réservoir de carter du moteur. Ce réservoir de carter est en général connecté à un point en dépression du circuit d'admission d'air, pour transférer d'éventuels gaz de combustion qui seraient passés dans le réservoir en passant entre un cylindre et un piston coulissant dans le cylindre. Inboard combustion engines with turbochargers also have a lubrication circuit of the engine components. A branch of this circuit is connected to the turbocharger for supplying lubricant bearings in which a shaft connecting the turbine to the compressor is rotatably mounted. The circuit continues with a return branch to the engine crankcase. This crankcase tank is generally connected to a vacuum point of the air intake circuit, to transfer any combustion gases that would have passed into the tank passing between a cylinder and a piston sliding in the cylinder.
On constate que de l'air mis en pression par le compresseur passe dans le circuit de retour, en fonction des caractéristiques propres du turbocompresseur, du point de fonctionnement et de l'usure éventuelle du turbocompresseur. Le turbocompresseur 2 représenté en coupe sur la figure 1 permet de montrer le chemin des gaz qui pénètrent dans le circuit de lubrifiant. It is found that air pressurized by the compressor passes into the return circuit, depending on the specific characteristics of the turbocharger, the operating point and the possible wear of the turbocharger. The turbocharger 2 shown in section in Figure 1 shows the path of the gas entering the lubricant circuit.
Le turbocompresseur 2 comporte une turbine recevant des gaz d'échappement et qui entraîne un compresseur par l'intermédiaire d'un arbre 25. La 2874261 2 turbine comporte une volute 23 dans laquelle circulent les gaz d'échappement sous pression, et une roue de turbine 23 montée directement sur l'arbre 25. Le compresseur comporte une volute de compresseur 22 dans laquelle circule de l'air sous pression. Une roue de compresseur 24 est également montée directement sur l'arbre 25. L'arbre 25 est monté rotatif sur deux paliers 26, 27. Le turbocompresseur 2 comporte un orifice d'entrée 28 pour recevoir le lubrifiant dans le sens de la flèche F1 et un orifice de sortie 29 pour évacuer le lubrifiant. Les paliers 26, 27 sont alimentés en lubrifiant par des canaux internes. The turbocharger 2 comprises a turbine receiving exhaust gas and driving a compressor through a shaft 25. The turbine comprises a volute 23 in which the exhaust gas flows under pressure, and a turbine wheel. turbine 23 mounted directly on the shaft 25. The compressor comprises a compressor volute 22 in which circulates air under pressure. A compressor wheel 24 is also mounted directly on the shaft 25. The shaft 25 is rotatably mounted on two bearings 26, 27. The turbocharger 2 has an inlet port 28 for receiving the lubricant in the direction of the arrow F1 and an outlet port 29 for discharging the lubricant. The bearings 26, 27 are supplied with lubricant by internal channels.
Pour réaliser une étanchéité entre les volutes 21, 22 et l'arbre 25, l'arbre 25 comporte deux rainures 251, 253 dans lesquelles sont logées deux segments 252, 254. Ces segments sont en appui contre des alésages traversant respectivement les volutes. On constate que l'étanchéité n'est pas toujours parfaite et que des gaz d'échappement passent selon la ligne F1 entre la volute de la turbine 21 et l'arbre 25. De même, de l'air d'admission passe entre la volute du compresseur 22 et l'arbre 25 selon le trajet de la flèche F2. Ces gaz se retrouvent mélangés au lubrifiant qui est évacué par l'orifice de sortie 29 dans le sens de la flèche F4. To seal between the volutes 21, 22 and the shaft 25, the shaft 25 has two grooves 251, 253 in which are housed two segments 252, 254. These segments bear against bores through respectively volutes. It can be seen that the seal is not always perfect and that exhaust gases pass along the line F1 between the volute of the turbine 21 and the shaft 25. Likewise, intake air passes between the volute of the compressor 22 and the shaft 25 according to the path of the arrow F2. These gases are found mixed with the lubricant which is discharged through the outlet orifice 29 in the direction of arrow F4.
Les conditions de fonctionnement du turbocompresseur sont étroitement liées à celles du moteur. L'objectif de l'invention est de fournir un banc d'essais permettant d'évaluer les caractéristiques du turbocompresseur ou d'en faire varier les conditions de fonctionnement de manière 3 indépendante de celles du moteur. The operating conditions of the turbocharger are closely related to those of the engine. The object of the invention is to provide a test bench for evaluating the characteristics of the turbocharger or for varying the operating conditions thereof independently of those of the engine.
L'invention a donc pour objet un banc d'essais d'un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur, caractérisé en ce que le banc comporte un circuit de lubrification du turbocompresseur dont une première branche est destinée à alimenter le turbocompresseur en lubrifiant en provenance d'un réservoir de banc, et une deuxième branche est destinée à évacuer le lubrifiant du turbocompresseur vers le réservoir de banc. The invention therefore relates to a test stand of an internal combustion engine comprising a turbocharger, characterized in that the bench comprises a lubricating circuit of the turbocharger, a first branch is intended to supply the turbocharger with lubricant from of a bench tank, and a second branch is intended to evacuate the lubricant from the turbocharger to the bench tank.
Ainsi, on crée un circuit de lubrification du turbocompresseur indépendant du circuit de lubrification du moteur. On peut modifier les conditions de lubrification du turbocompresseur sans affecter le fonctionnement du moteur. On peut par exemple changer la nature du lubrifiant, sa température, la pression d'alimentation du lubrifiant ou son débit. On peut également mesurer plus facilement la quantité de lubrifiant consommée par le turbocompresseur, lorsque du lubrifiant passe dans le circuit d'air d'admission ou dans le circuit d'échappement. Thus, it creates a lubrication circuit of the turbocharger independent of the engine lubrication circuit. The turbocharger lubrication conditions can be changed without affecting the operation of the engine. For example, the nature of the lubricant, its temperature, the lubricant supply pressure or its flow rate can be changed. It is also easier to measure the amount of lubricant consumed by the turbocharger as lubricant passes into the intake air system or the exhaust system.
De préférence, une troisième branche est destinée à connecter un évent du réservoir à un réservoir de carter du moteur pour évacuer des gaz du réservoir de banc vers le réservoir de carter. Le circuit de retour du turbocompresseur est généralement connecté au réservoir de carter du moteur. En connectant ainsi le réservoir de banc avec le réservoir de carter, on reproduit les conditions auxquelles le turbocompresseur est soumis en 2874261 4 fonctionnement réel, en particulier en transmettant la pression à l'intérieur du réservoir de carter vers le réservoir de banc. De plus, les gaz qui passent du turbocompresseur vers le réservoir de banc sont ensuite évacués vers le réservoir de carter. Preferably, a third leg is for connecting a tank vent to an engine crankcase for evacuating gases from the bench tank to the crankcase reservoir. The turbocharger return circuit is generally connected to the engine crankcase. By thus connecting the bench tank with the crankcase tank, the conditions to which the turbocharger is subjected in actual operation are reproduced, in particular by transmitting the pressure inside the crankcase tank to the bench tank. In addition, gases that pass from the turbocharger to the bench tank are then discharged to the crankcase.
Selon un perfectionnement, la troisième branche comporte un débitmètre pour mesurer le débit de gaz. On peut connaître ainsi la quantité de gaz qui passent du turbocompresseur vers le réservoir de banc, puis vers le réservoir de carter. La connaissance de ce débit permet de caractériser le turbocompresseur soit dans sa construction initiale, soit dans son évolution au cours de son usage. According to an improvement, the third branch comprises a flow meter for measuring the flow of gas. It is possible to know the amount of gas passing from the turbocharger to the bench tank, then to the crankcase tank. The knowledge of this flow makes it possible to characterize the turbocharger either in its initial construction or in its evolution during its use.
Le débitmètre utilise par exemple un effet Vortex. Ce type de débitmètre est adapté pour l'amplitude de sa plage de mesure et sa faible perte de charge. The flow meter uses for example a Vortex effect. This type of flowmeter is suitable for the amplitude of its measuring range and low pressure drop.
De manière avantageuse, un tranquilisateur est inséré dans la troisième branche en amont ou en aval du débitmètre pour amortir les fluctuations de débit de gaz dans la troisième branche. On s'affranchit ainsi des pulsations créées soit par le turbocompresseur, soit par le mouvement des pistons dans le réservoir de carter. Advantageously, a tranquilizer is inserted in the third branch upstream or downstream of the flow meter to dampen gas flow fluctuations in the third branch. This relieves pulsations created either by the turbocharger or by the movement of the pistons in the crankcase.
De manière particulière, des moyens thermiques sont insérés dans le circuit de lubrification. Les moyens thermiques permettent soit de réchauffer le lubrifiant, soit de le refroidir, pour ajuster sa température. Ce sont par exemple des résistances électriques pour la chauffe, ou un radiateur ventilé pour le refroidissement. In particular, thermal means are inserted into the lubrication circuit. The thermal means allow either to heat the lubricant or to cool, to adjust its temperature. These are, for example, electrical resistors for heating, or a ventilated radiator for cooling.
2874261 5 Selon un perfectionnement, la température du lubrifiant est mesurée en amont du turbocompresseur et régulée par des moyens de régulation agissant sur les moyens thermiques. Ainsi, on peut choisir d'imposer une température du lubrifiant alimentant le turbocompresseur. Une consigne de température peut être donnée soit de manière fixe, soit selon une loi évoluant de manière programmée ou fonction des paramètres de fonctionnement du moteur ou du turbocompresseur. According to an improvement, the temperature of the lubricant is measured upstream of the turbocharger and regulated by regulating means acting on the thermal means. Thus, it is possible to choose to impose a temperature of the lubricant supplying the turbocharger. A temperature setpoint can be given either in a fixed manner or according to a law evolving in a programmed manner or as a function of the operating parameters of the engine or the turbocharger.
De préférence, des moyens de pompage sont insérés dans la première branche pour faire circuler le lubrifiant. Preferably, pumping means are inserted into the first branch to circulate the lubricant.
De manière avantageuse, la pression du lubrifiant est mesurée en amont du turbocompresseur et régulée par des moyens de régulation agissant sur les moyens de pompage. Ainsi, on peut choisir d'imposer la pression d'alimentation du turbocompresseur en lubrifiant. Une consigne de pression peut être donnée soit de manière fixe, soit selon une loi évoluant de manière programmée ou fonction des paramètres de fonctionnement du moteur ou du turbocompresseur. Advantageously, the lubricant pressure is measured upstream of the turbocharger and regulated by regulating means acting on the pumping means. Thus, one can choose to impose the supply pressure of the turbocharger lubricant. A pressure setpoint can be given either in a fixed manner, or according to a law evolving in a programmed manner or depending on the operating parameters of the engine or the turbocharger.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un turbocompresseur, décrit précédemment; la figure 2 est une vue schématique d'un banc 6 d'essais conforme à l'invention. The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading the description which follows, the description referring to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a sectional view of a turbocharger, described above; Figure 2 is a schematic view of a test bench 6 according to the invention.
Le banc d'essais selon l'invention, tel que schématisé sur la figure 2, est destiné à essayer un turbocompresseur 2 suralimentant un moteur thermique 1 à combustion interne. Le banc d'essais est destiné à faire circuler un lubrifiant alimentant le turbocompresseur 2 dans des conditions maîtrisées et indépendantes du fonctionnement du moteur 1. The test bench according to the invention, as shown diagrammatically in FIG. 2, is intended to test a turbocharger 2 supercharging a combustion engine 1 with internal combustion. The test bench is intended to circulate a lubricant supplying the turbocharger 2 under conditions controlled and independent of the operation of the engine 1.
Le banc d'essais comporte un réservoir de banc 34 destiné à contenir le lubrifiant. Une première branche 31 de circuit relie le réservoir de banc 34 au turbocompresseur pour alimenter le turbocompresseur en lubrifiant, tandis qu'une deuxième branche 32 réalise le retour du circuit de lubrifiant vers le réservoir de banc 34. Une troisième branche de circuit est destinée à relier un évent 35 du réservoir de banc 34 à un réservoir de carter 11 du moteur 1. Le réservoir de carter 11 est le volume contenant le lubrifiant du moteur 1. The test bench includes a bench reservoir 34 for containing the lubricant. A first circuit branch 31 connects the bank reservoir 34 to the turbocharger to supply the turbocharger with lubricant, while a second branch 32 carries out the return of the lubricant circuit to the bank reservoir 34. A third circuit branch is intended to connecting a vent 35 of the bench reservoir 34 to a crankcase reservoir 11 of the engine 1. The crankcase reservoir 11 is the volume containing the lubricant of the engine 1.
La première branche 31 de circuit comporte une pompe 39 faisant office de moyens de pompage pour faire circuler le lubrifiant, un échangeur 37 pour refroidir le lubrifiant, et un filtre 40. Elle comporte également un capteur de pression 5 et un capteur de température 6 pour mesurer respectivement la pression et la température du lubrifiant en amont du turbocompresseur 2. La pompe peut être d'un type permettant de réguler le débit ou la pression du lubrifiant. Elle pourrait aussi être à débit fixe et associée à un régulateur de pression pilotable inséré dans la première branche. The first branch 31 of circuit comprises a pump 39 serving as pumping means for circulating the lubricant, an exchanger 37 for cooling the lubricant, and a filter 40. It also comprises a pressure sensor 5 and a temperature sensor 6 for respectively measuring the pressure and temperature of the lubricant upstream of the turbocharger 2. The pump may be of a type to regulate the flow or the pressure of the lubricant. It could also be fixed flow and associated with a controllable pressure regulator inserted in the first branch.
2874261 7 Des moyens de chauffage 38 sont intégrés au réservoir de banc pour réchauffer le lubrifiant. Ces moyens de chauffage sont par exemple des résistances électriques plongeantes. Heating means 38 are integrated in the bench tank for heating the lubricant. These heating means are, for example, electrical immersion heaters.
La troisième branche 33 de circuit comporte un débitmètre 4 et deux tranquilisateurs 36 en amont et en aval du débitmètre 4. Les tranquilisateurs 36 sont par exemple de simples capacités d'un volume prédéterminé. Le débitmètre 4 est par exemple un débitmètre à effet Vortex indiquant un débit volumique Q en fonction d'une fréquence de pulsations en aval d'un perturbateur inséré dans le flux de fluide traversant le débitmètre 4. The third circuit branch 33 comprises a flow meter 4 and two tranquilizers 36 upstream and downstream of the flow meter 4. The tranquilizers 36 are for example simple capacities of a predetermined volume. The flowmeter 4 is for example a Vortex flowmeter indicating a volume flow rate Q as a function of a pulsation frequency downstream of a disturbance inserted in the flow of fluid passing through the flowmeter 4.
Le réservoir de carter 11 est relié de manière connue en soi à un système d'aspiration des gaz contenus dans le réservoir de carter 11 pour les refouler dans le circuit d'air d'admission du moteur 1. En conséquence, ce réservoir de carter 11 est en général en dépression. The casing reservoir 11 is connected in a manner known per se to a system for suctioning the gases contained in the casing reservoir 11 to discharge them into the intake air circuit of the engine 1. Consequently, this casing reservoir It is usually in depression.
Le banc d'essais comporte également des moyens de régulation 7, par exemple électroniques, recevant une information de pression P en provenance du capteur de pression 5 et une information de température T en provenance du capteur de température 6. Les moyens de régulation 7 agissent sur la pompe 39 pour réguler la pression de lubrifiant en amont du turbocompresseur 2. Ils agissent également sur des moyens thermiques comprenant les moyens de chauffage 38 et l'échangeur 37 pour réguler la température du lubrifiant en amont du turbocompresseur 2. Les consignes de température et de pression peuvent être prédéterminées, de manière constante ou selon un 2874261 8 cycle. Dans une variante, les moyens de régulation reçoivent des informations sur le point de fonctionnement du moteur et génèrent les consignes en fonction de lois préprogrammées et mémorisées par les moyens de régulation. The test bench also comprises regulation means 7, for example electronic, receiving a pressure information P from the pressure sensor 5 and a temperature information T from the temperature sensor 6. The regulation means 7 act on the pump 39 to regulate the lubricant pressure upstream of the turbocharger 2. They also act on thermal means comprising the heating means 38 and the exchanger 37 for regulating the lubricant temperature upstream of the turbocharger 2. The temperature setpoints and pressure can be predetermined, steadily or in a cycle. In a variant, the regulation means receive information on the point of operation of the engine and generate the instructions according to laws preprogrammed and stored by the regulation means.
Lorsque le banc est en fonctionnement la pompe 39 fait circuler le lubrifiant dans la première 31 et la deuxième branche 32. Lorsque le moteur est également en fonctionnement, des gaz sont ramenés dans le réservoir de banc 34 avec le lubrifiant. Le lubrifiant est décanté dans le réservoir et les gaz se séparent du lubrifiant. Les gaz sont aspirés à travers la troisième branche en passant par les tranquilisateurs et le débitmètre. Les tranquilisateurs amortissent les pulsations de pression en provenance du réservoir de carter ou du réservoir de banc. On peut mesurer ainsi le débit de gaz entrant dans le circuit de lubrification au niveau du turbocompresseur 2. When the bench is in operation, the pump 39 circulates the lubricant in the first 31 and the second branch 32. When the engine is also in operation, gases are returned to the bench tank 34 with the lubricant. The lubricant is decanted into the tank and the gases separate from the lubricant. The gases are sucked through the third branch through the tranquilizers and the flow meter. The tranquilizers dampen pressure pulsations from the crankcase tank or bench tank. It is thus possible to measure the flow rate of gas entering the lubrication circuit at the level of the turbocharger 2.
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