FR2941013A1

FR2941013A1 - Turbo compressor faulty functioning accident preventing method for motor vehicle, involves closing air inlet pipe near outlet of turbo compressor when temperature of gases at outlet of turbo compressor exceeds predetermined value

Info

Publication number: FR2941013A1
Application number: FR0950132A
Authority: FR
Inventors: Eric Maximilien; Philippe Burguburu
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2010-07-16
Anticipated expiration: 2029-01-12
Also published as: FR2941013B1

Abstract

The method involves connecting an air inlet pipe (12) to a heat engine (10) of a motor vehicle. The air inlet pipe near an outlet (17) of a turbo compressor (14) is closed when temperature of gases at the outlet of the turbo compressor exceeds a predetermined value. An obturation unit of the turbo compressor is closed automatically when the temperature of the gases reaches a critical value. The obturation unit is provided with an intumescent material and an insert (19) that is combined with channels. An independent claim is also included for a device for preventing accident due to a faulty functioning of a turbo compressor.

Description

Procédé et dispositif de prévention d'incident suite à un fonctionnement défectueux du turbocompresseur d'un moteur thermique. [000i ~ La présente invention concerne un procédé et un dispositif de prévention d'incident dû à un fonctionnement défectueux d'un turbocompresseur équipant un moteur thermique d'un véhicule. Method and device for preventing an incident due to faulty operation of the turbocharger of a heat engine. The present invention relates to a method and a device for preventing an incident due to a faulty operation of a turbocharger equipping a heat engine of a vehicle.

[0002] De puis de nombreuses années, les véhicules automobiles, notamment ceux munis d'un moteur Diesel, sont souvent équipés d'un turbocompresseur ce qui permet un meilleur remplissage en air des cylindres et ainsi un gain de puissance du moteur et un abaissement de la consommation de carburant. Un turbocompresseur comporte une première turbine actionnée par les gaz d'échappement et pouvant fonctionner à des vitesses de rotation élevée de l'ordre de 20.000 tours/minute et une deuxième turbine entraînée par la première turbine grâce à un axe reliant les turbines entre elles. La deuxième turbine comprime l'air extérieur circulant dans la tubulure d'admission d'air du moteur. From then many years, motor vehicles, especially those with a diesel engine, are often equipped with a turbocharger which allows better air filling of the cylinders and thus a gain in engine power and a lowering fuel consumption. A turbocharger comprises a first turbine powered by the exhaust gas and able to operate at high rotational speeds of the order of 20,000 revolutions per minute and a second turbine driven by the first turbine through an axis connecting the turbines together. The second turbine compresses the outside air circulating in the engine intake manifold.

[0003] Les turbos compresseurs sont des dispositifs relativement délicats. En effet, les vitesses de rotation élevées des turbines imposent une bonne lubrification des axes de rotation. En cas d'anomalies de fonctionnement, par exemple une fuite d'huile de lubrification ou une rupture de l'arbre reliant les turbines, l'étanchéité entre les turbines peut ne plus exister et des gaz d'échappement peuvent alors éventuellement passer directement dans la tubulure d'admission d'air frais. Ces gaz d'échappement peuvent être à des températures élevées et les matériaux combustibles (l'huile par exemple) peuvent s'enflammer. Si la tubulure d'admission est composée d'un matériau ne supportant pas une chaleur excessive, du plastique par exemple, ce qui est de plus en plus fréquent, la tubulure d'admission peut s'enflammer spontanément, d'abord en interne, puis ensuite vers l'extérieur. La combustion peut se propager à d'autres éléments du moteur et éventuellement le feu peut détruire tout le véhicule. Le moteur ne recevant plus suffisamment d'oxygène perd de sa puissance. Cependant, la perte de puissance se fait sentir pratiquement simultanément avec la combustion de la tubulure d'admission d'air, donc trop tardivement pour alerter le conducteur et lui permettre d'arrêter le moteur. [0003] Turbo-compressors are relatively delicate devices. Indeed, the high rotational speeds of the turbines require good lubrication of the axes of rotation. In case of malfunctions, for example a lubricating oil leak or a rupture of the shaft connecting the turbines, the imperviousness between the turbines may no longer exist and exhaust gases can then possibly pass directly into the turbine. the intake manifold for fresh air. These exhaust gases can be at high temperatures and combustible materials (eg oil) can ignite. If the intake manifold is made of a material that does not withstand excessive heat, such as plastic, which is becoming more common, the intake manifold can ignite spontaneously, first internally, then outward. Combustion can spread to other engine components and eventually the fire can destroy the entire vehicle. The motor no longer receiving enough oxygen loses its power. However, the loss of power is felt almost simultaneously with the combustion of the intake manifold, so too late to alert the driver and allow him to stop the engine.

[0004] L'utilisation de tubulures d'admission d'air en plastique, pour des raisons de coût et de diminution du poids, est relativement récente. Les tubulures d'admission d'air des générations précédentes de véhicules comportaient un manchon en caoutchouc qui pouvait résister longtemps à des températures élevées et il n'avait pas le temps de se percer avant que la perte de puissance du moteur conduise le conducteur à arrêter son véhicule. The use of plastic air intake pipes, for reasons of cost and weight reduction, is relatively recent. The air intake manifolds of previous generations of vehicles had a rubber sleeve that could withstand high temperatures for a long time and did not have time to pierce before the loss of engine power caused the driver to stop. his vehicle.

[0005 ~ La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de remédier à ce problème qui n'a pas été solutionné par l'art 15 antérieur. The present invention relates to a method and a device for remedying this problem which has not been solved by the prior art.

[0006] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de prévention d'incident dû à un fonctionnement défectueux d'un turbocompresseur connecté, par une tubulure d'admission d'air, à un moteur thermique d'un véhicule. Selon l'invention, ladite tubulure est obturée à proximité de la sortie 20 du turbocompresseur lorsque la température des gaz à la sortie du turbocompresseur dépasse une valeur prédéterminée. More specifically, the invention relates to a method of preventing an incident due to a faulty operation of a turbocharger connected by an air intake manifold to a thermal engine of a vehicle. According to the invention, said tubing is closed near the outlet 20 of the turbocharger when the temperature of the gas at the outlet of the turbocharger exceeds a predetermined value.

[0007] De préférence, cette valeur prédéterminée est choisie de sorte que la tubulure d'admission ne soit pas endommagée par les gaz circulant dans la Preferably, this predetermined value is chosen so that the intake manifold is not damaged by the gases flowing in the

[0008] L'invention concerne également un dispositif de prévention d'incident 25 dû à un fonctionnement défectueux d'un turbocompresseur, ledit dispositif étant destiné à être inséré en aval d'un turbocompresseur et à être traversé par des gaz sortant du turbocompresseur. Selon l'invention, le dispositif comporte des moyens d'obturation qui se ferment automatiquement lorsque la température des gaz atteint une valeur critique. The invention also relates to an incident prevention device 25 due to a faulty operation of a turbocharger, said device being intended to be inserted downstream of a turbocharger and to be traversed by gases leaving the turbocharger. According to the invention, the device comprises closure means which close automatically when the temperature of the gases reaches a critical value.

[0009] Lesdits moyens d'obturation peuvent comporter une matière intumescente. Ils peuvent également comporter un insert métallique composé d'une pluralité de canaux. L'insert peut avoir une forme cylindrique. Lesdits canaux peuvent être sensiblement rectilignes et alignés selon l'axe longitudinal de l'insert. Ces canaux peuvent également avantageusement avoir une forme de nid d'abeille. Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre de la section de passage (23) de chaque canal est de l'ordre de quelques millimètres. [0009] Said sealing means may comprise an intumescent material. They may also comprise a metal insert composed of a plurality of channels. The insert may have a cylindrical shape. Said channels may be substantially rectilinear and aligned along the longitudinal axis of the insert. These channels can also advantageously have a honeycomb shape. In a preferred embodiment, the diameter of the passage section (23) of each channel is of the order of a few millimeters.

[ooio] Dans une variante, le dispositif comporte une enveloppe cylindrique métallique dans laquelle est logé ledit insert, ladite enveloppe étant munie de moyens de connexion à ses deux extrémités. [Ooio] In a variant, the device comprises a cylindrical metal envelope in which is housed said insert, said envelope being provided with connecting means at both ends.

[0011 ] Dans une variante l'insert fait partie d'une tubulure (12) d'admission 15 d'air destinée à être connectée entre un turbocompresseur (14) et une culasse d'un moteur thermique (10). In a variant the insert is part of an air intake manifold (12) intended to be connected between a turbocharger (14) and a cylinder head of a heat engine (10).

[0012] Selon un mode de réalisation, les canaux de l'insert sont métalliques et les parois des canaux de l'insert sont recouvertes d'une matière intumescente. According to one embodiment, the channels of the insert are metallic and the walls of the channels of the insert are covered with an intumescent material.

20 [0013] Selon un autre mode de réalisation, les canaux peuvent être réalisés en une matière plastique qui gonfle sous l'effet d'une température élevée. According to another embodiment, the channels may be made of a plastic material that swells under the effect of a high temperature.

[0014] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins 25 annexés et sur lesquels : • la figure 1 montre schématiquement et partiellement un moteur thermique muni d'un turbocompresseur et d'un dispositif selon l'invention; et • les figures 2a et 2b montrent schématiquement et en coupe une partie (un canal) du dispositif de l'invention, respectivement sans élévation de la chaleur des gaz le traversant (figure 2a) et avec élévation de la température au-delà d'une température critique (figure 2b). [0015 ] Sur la figure 1, sont représentés schématiquement un moteur thermique 10 avec une boite de vitesse 11, une tubulure d'admission d'air 12 reliée à la culasse du moteur 10, une tubulure d'échappement 13 et un turbocompresseur 14 avec son palier 15, sa sortie 16 du coté de l'échappement et sa sortie 17 du coté du circuit d'admission d'air. Un système à virole 18 permet d'introduire les gaz d'échappement tout autour de la partie motrice du turbocompresseur. De façon classique, l'air frais passe tout d'abord à travers un filtre à air (non représenté, situé sur la figure 1 derrière la partie 18) avant d'être comprimé par le turbocompresseur et acheminé par la tubulure d'admission 12 dans les cylindres du moteur. La tubulure d'admission d'air 12 est réalisée en une matière (en matière plastique, par exemple) qui fond lorsque sa température atteint un seuil prédéterminé. [0016] Selon l'invention, des moyens d'obturation 19 sont placés immédiatement après la sortie 17 du turbocompresseur. Ces moyens sont normalement dans un état passant lorsque la température des gaz est inférieure à un seuil critique déterminé et commutent automatiquement dans un état bloqué (non passant) lorsque la température des gaz est égale ou supérieure à ce seuil critique. Les moyens d'obturation peuvent être par exemple logés dans la tubulure d'admission 12 à proximité, de préférence à proximité immédiate, de la sortie 17 du turbocompresseur. Les moyens d'obturation 19 peuvent être constitués par un insert que l'on peut loger dans la tubulure d'admission 12. L'insert peut par exemple avoir une forme cylindrique de diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre interne de la tubulure d'admission et être constitué par une pluralité de canaux métalliques rectilignes, alignés parallèlement à l'axe longitudinal de l'insert cylindrique pour former une structure en forme de nid d'abeilles. Les gaz d'admission traversent les passages 23 constitués par l'intérieur de ces canaux. [0017] La figure 2a illustre un tel canal. Selon un mode de réalisation, la paroi interne 20 du canal 21 est recouverte d'une matière intumescente 22. Sous l'effet de la chaleur, lorsque la température des gaz circulant à l'intérieur 23 des canaux 21 atteint ou dépasse un seuil critique, la matière intumescente 22 gonfle (figure 2b) et obture les passages 23 des canaux 21. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of several embodiments of the invention, given by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings and in which: • Figure 1 shows schematically and partially a heat engine equipped with a turbocharger and a device according to the invention; and FIGS. 2a and 2b show diagrammatically and in section a part (a channel) of the device of the invention, respectively without elevation of the heat of the gases passing through it (FIG. 2a) and with elevation of the temperature beyond a critical temperature (Figure 2b). FIG. 1 diagrammatically shows a heat engine 10 with a gear box 11, an air intake manifold 12 connected to the engine cylinder head 10, an exhaust manifold 13 and a turbocharger 14 with its bearing 15, its outlet 16 on the exhaust side and its outlet 17 on the side of the air intake circuit. A ring system 18 makes it possible to introduce the exhaust gases all around the driving part of the turbocharger. Conventionally, the fresh air passes first through an air filter (not shown, located in Figure 1 behind the part 18) before being compressed by the turbocharger and conveyed through the intake manifold 12 in the engine cylinders. The air intake manifold 12 is made of a material (of plastic, for example) which melts when its temperature reaches a predetermined threshold. According to the invention, closure means 19 are placed immediately after the outlet 17 of the turbocharger. These means are normally in an on state when the gas temperature is below a determined critical threshold and automatically switch to a locked (non-conducting) state when the gas temperature is equal to or greater than this critical threshold. The sealing means may for example be housed in the intake manifold 12 in the vicinity, preferably in the immediate vicinity, of the outlet 17 of the turbocharger. The closure means 19 may be constituted by an insert that can be housed in the intake manifold 12. The insert may for example have a cylindrical shape with an outside diameter substantially equal to the internal diameter of the intake manifold. and being constituted by a plurality of rectilinear metal channels aligned parallel to the longitudinal axis of the cylindrical insert to form a honeycomb structure. The inlet gases pass through the passages 23 formed by the interior of these channels. Figure 2a illustrates such a channel. According to one embodiment, the inner wall 20 of the channel 21 is covered with an intumescent material 22. Under the effect of heat, when the temperature of the gases flowing inside the channels 23 reaches or exceeds a critical threshold the intumescent material 22 swells (FIG. 2b) and closes the passages 23 of the channels 21.

Les gaz ne peuvent alors plus pénétrer dans la tubulure 12. L'air n'arrivant plus dans les cylindres du moteur 10, le moteur s'arrête. On remarque qu'il est intéressant de placer l'insert 19 directement à la sortie du turbocompresseur de sorte qu'aucune partie de la tubulure d'admission 12 ne soit en contact et endommagée par les gaz trop chauds sortant du turbocompresseur. La température critique est choisie à une valeur légèrement inférieure à la température de fusion de la matière constituant la tubulure d'admission. La matière intumescente 22 est elle aussi choisie pour qu'elle gonfle à la température critique de sorte qu'elle ferme bien les passages 23 (l'intérieur des canaux) à cette température. [0018] Selon un autre mode de réalisation, les canaux 21 de l'insert 19 sont réalisés en une matière intumescente, en matière plastique par exemple. Dans ce cas, les canaux peuvent, par exemple, être réalisés directement par moulage. En cas d'élévation de la température des gaz circulant dans l'insert, au-delà d'une température critique, la matière gonfle en obturant les canaux de l'insert formant ainsi un bouchon à l'entrée de la tubulure d'admission. The gases can no longer enter the pipe 12. The air no longer in the cylinders of the engine 10, the engine stops. Note that it is interesting to place the insert 19 directly to the outlet of the turbocharger so that no part of the intake manifold 12 is in contact and damaged by the too hot gases leaving the turbocharger. The critical temperature is chosen at a value slightly lower than the melting temperature of the material constituting the intake manifold. The intumescent material 22 is also selected to inflate to the critical temperature so that it closes passages 23 (the inside of the channels) well at this temperature. According to another embodiment, the channels 21 of the insert 19 are made of an intumescent material, plastic for example. In this case, the channels may, for example, be made directly by molding. When the temperature of the gases flowing in the insert is raised above a critical temperature, the material swells by closing off the channels of the insert thus forming a plug at the inlet of the intake manifold. .

[0019] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Other embodiments than those described and shown may be designed by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of preventing an incident due to faulty operation of a turbocharger (14) connected by an air intake manifold (12) to a heat engine (10) of a vehicle, the method being characterized in that it consists in closing said tubing close to the outlet (17) of the turbocharger when the temperature of the gases at the outlet of the turbocharger exceeds a predetermined value.

2. Incident prevention device due to a faulty operation of a turbocharger, said device being intended to be inserted downstream of a turbocharger (14) and to be traversed by exhaust gas (17) of the turbocharger, the device characterized in that it comprises closure means (19) which close automatically when the temperature of said gases reaches a critical value.

3. Device according to claim 2 characterized in that said sealing means comprise an intumescent material (22).

4. Device according to claim 3 characterized in that said sealing means comprise an insert (19) composed of a plurality of channels (21).

5. Device according to claim 4 characterized in that said insert has a cylindrical shape.

6. Device according to one of claims 4 and 5 characterized in that said channels (21) are substantially rectilinear and aligned along the longitudinal axis of said insert.

7. Device according to one of claims 4 to 6 characterized in that it comprises a cylindrical metal envelope in which is housed said insert, said casing being provided with connecting means at both ends.

8. Device according to one of claims 4 to 7 characterized in that said insert is part of an intake manifold (12) intended to be connected between a turbocharger (14) and a cylinder head of an engine thermal (10).

9. Device according to one of claims 4 to 8 characterized in that the channels (21) of the insert are metallic and in that the walls of the channels are covered with an intumescent material (22).

10. Device according to one of claims 4 to 9 characterized in that said channels (21) are made of a plastic material which swells under the effect of a high temperature.