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Procédé et dispositif de suralimentation et de balayage des moteurs combustion interne, L@ présente invention est relative à un procédé et à -Ses dispositifs permettant d'assurer,quelles que soient les conditions de marche du moteur,l'alimentation sous pression et le balayage des cylindres d'un moteur à combustion interne,en utilisant, pour obtenir ce résultat, uniquement l'énergie produite dans lu ou les turbines par les gaz d'échappement .
Le procédé est caractérisé par le fait que l'échappement du mo- teur s'effectue, en deux phases successives, se chevauchant ou non :- la phase d'échappement habituelle et une phase supplémentaire à plus forte pression que la précédente. Les gaz provenant de ces deux pha- ses travaillent séparément, soit dans une roue de turbine actionnant un compresse.r, soit dans deux roues de turbines distinctes action- nant le même compresseur ou deux compresseurs disposés en série.
Dans le dessin annexé la figure 1 est un schéma d'un dispo- sitif connu de suralimentation d'un moteur. La figure 2 mon,tre un exemple d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 montre' une simplification de ce même dispositif.
Dans les dispositifs actuellement employés pour sura- limenter un moteur, en se servant des gaz d'échappement ceux-ci provenant du moteur représenté par un d ses cylindres a (fig.1)
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sont recueillis dans le collecteur b, où. règne une certaine pression. Ce collecteur alimente une turbine entraînant un compresseur centrifuge d qui envoie le fluide (air pour les Diesel ou gaz carburé pour les moteurs à essence ou analogues) . au collecteur d'alimentation e.
La pression en e sera supérieure à la pression en b, et, dans ce cas, il pourra se produire du balayage, si le rendement global du compresseur et de la turbine est suffisante et si, d'autre part, la température des gaz d'échappement et la pression sont supérieures à des minima correspondant à ce ren- dement.
Dans de nombreux cas, ces conditions sont difficiles à satisfaire, par exemple dans les moteurs Diesel à deux temps, à cause de la basse température des gaz. De plus, si ces condi- tions sont satisfaites pour la marche normale d'un moteur, el- les peuvent ne plus l'être lorsqu'on diminue la charge du moteur.
Le procédé ici visé affranchit précisément de ces conditions, car en prenant plus ou moins de gaz pendant la phase d'échappement à forte pression et en commençant l'échap- pement assez tôt pour que la pression moyenne dans le collecteur du premier échappement soit suffisante, on aura toujours la possibilité de faire produire au ventilateur une pression no- tablement plus élevée que celle qui règne en moyenne dans le collecteur recueillant les gaz pendant la phase d'échappement à basse pression.
A titre d'exemple, il est décrit ci-dessous un disposi- tif d'ensemble, dans le cas où. le moteur principal est un mo- teur Diesel à deux temps.
Le moteur (fig. 2) est figuré schématiquement par un de ses cylindres a. Les gaz, pendant le premier temps, s'échap- pant par la soupape! dans un collecteur g1 relié au distribu- teur b1 de la turbiné 0 qui actionne le ventilateur d.
Pendant le Sème temps, à la fin de la course, la
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soupape f est fermée et les gaz s'échappent par les prifices o dans le collecteur g2 pour aller au second distributeur b2 de la même turbine o. Ici les distributeurs sont supposés concentriques, celui du premier échappement autour de l'autre ce qui est le dispositif le plus convenable puisque la vitesse d'infection des gaz du premier échappement est plus grande que celle des gaz du deuxième échappement, mais on pourrait aussi disposer les distributeurs autrement, par exemple l'un sur une partie de la circonférence et l'autre sur l'autre partie.
La pression P1 du premier échappement peut être aussi élevée qu'on le veut; il suffit pour cela d'ouvrir la soupape f, pen- dant la détente, au moment opportun et de donner à la section de sortie du distributeur b1 la valeur appropriée.
Par contre, la pression moyenne P2 du deuxième échappement, plus faible que P@ peut être aussi voisine que l'on veut de la pression atmosphériqueo Il faut pour cela adapter la section de sortie du Sème distributeur de la tur- la bine à@ quantité de gaz restant à évacuer et à la pression moyenne désirée.
La turbine qui peut donc produire la puissance aus- si forte qu'il est nécessaire pour faire la suralimentation et le balayage, entraîne le compresseur d qui refoule l'air dans le moteur par le collecteur e à une pression qui dépasse la pression P2 de la quantité nécessaire pour balayer les gaz du cylindre tant que l'organe d'admission et les trous d'échap- pement o sont ouverts simultanémento
Si le rapport de compression du ventilateur est élevé, il sera, en général, avantageux d'intercaler sur la conduite de refoulement avant le collecteur e, un radiateur i destiné à abaisser la température de l'air.
Bans cet exemple, l'on a supposé qu'il existait une seule turbine alimentée par deux distributeurs; mais on pour- rait utiliser aussi bien deux turbines différentes montées sur
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un arbre communavec le ventilateur ou encore deux turbines, sur deux arbres différents, entraînant deux compresseurs en série.
L'on remarque toutefois que la surface totale des deux distributeurs est inférieure à celle d'un distributeur calculé pour laisser passer tous les-gaz d'échappement, puisqu'au total c'est la même masse de gaz qui y passe, mais, pour une partie, à une vitesse plus grande, il est, dès lors bien inutile de com- pliquer les choses en se servant de deux turbines au lieu d'une, ce qui aurait$,au surplus, comme autre inconvénient d'abaisser le rendement de l'ensemble.
Chacun des collecteurs g1 et g2 n'ayant, dans ce dis- positif, qu'une fraction des gaz à conduire vers la turbine n'aura qu'une section réduite.par rapport à celle du collecteur habituel suffisant pour évacuer la totalité des gaz, et même le premier g1 pourra encore être plus,réduit, du fait que la pres- sion moyenne y est plus forte et par conséquent le volume des gaz plus faible. On'conçoit, d'après cela, que la somme des sec- t'ions des\deux collecteurs d'un groupe de cylindres devra être, pour les.marnes pertes de charges relatives, plus'petite que la section.du collecteur unique habituel de ce groupe de cylindres.
Et, d'ailleurs, si l'on subdivise l'ensemble des cy- d'un moteur lindre's/en eux groupes, par exemple, pour un poteur de 8 cylin- dres, en deux groupes de 4, ainsi que cela a été indiqué dans le brevet français du même inventeur n 538.0,96 du 9 Juillet 1921, rien n'empêchera.de croiser les échappements, c'est-à-dire de conjuguer sur une,même roue de turbine l'échappement 1 d'un groupe avec l'échappement 3 de l'autre, si on y trouve avantage au point de vue de la régularité du couple moteur de la turbine.
En réalité, ce sera le cas général, car, pour la régularité du couple moteur, on arrange toujours les choses de manière que les échappements successifs se suivent à intervalles égaux; les ' échappements.1 d'un groupe s'intercaleront donc exactement entre
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les échappements 3 de l'autre et les surpressions momentanées qui se produisent aux débuts des échappements compenseront les dépressions (par rapport aux pressions moyennes, qui ont lieu à la fin des échappements.
Dans l'exemple ci-dessus la soupape f est figurée commandée par une came h. Ce dispositif présente l'avantage de permettre un réglage de la pression du collecteur b1 lorsque le moteur fonctionne à faible charge. Il suffit pour cela que cette came soit un manchon de profil variable qu'on déplace pendant la marche à la main ou par un dispositif quelconque d'avance automatique, ou par tout autre dispositif connu. Ce réglage permettra d'avancer ou d'allonger le premier échappe- ment.
Si l'on voulait simplifier le dispositif en lais- sant de côté cette commande de réglage de la phase du premier échappement, il serait évidemment possible de remplacer ce système de soupapes commandées, par des soupapes d'arrêt s'ou- vrant ou se fermant sous la seule influence de la différence de pression dans le cylindre.
Dans ce cas, la prise de gaz se ferait en un point du cylindre vers la fin de la courte du piston côté Ein de détente, qui serait obturé par le piston lui-même, pendant la plus grande partie de la détente, et qui serait découvert par, lui un peu avant les orifices du deuxième échappement.
Le procédé est susceptible de généralisation. A@ lieu de disposer à l'échappement du moteur deux collecteurs à pres- sions différentes, on peut utiliser un nombre quelconque de col- lecteurs où les pressions moyennes vont en décroissant, chacun de ces collecteurs alimentant un distributeur d'une turbine , ou de plusieurs turbines. Cela permettrait d'améliorer l'utilisation de la détente des gaz, d'autant mieux qu'il y a plus d'échappe- ments successifs. Déjà, avec la méthode de deux échappements seulement, on gagne beaucoup par rapport au procédé habituel
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d'un échappement.
Ainsi, on calcule aisément que, mime en laissant le premier échappement se faire à fin de course du piston, c'est-à-dire sans en avancer la phase, et en supposant que le deuxième échappement se Tasse à la pression moyenne de
1 kg/cm2. celle de l'atmosphère extérieure, où échappe la tur- bine, 'étant de 0,5 kg/cm2 (altitude 5.400 m, cas d'un moteur d'avion) et la pression finale de la détente dans les cylin- dres étant de 5 kg/cm2 le gain de puissance à la turbine, par rapport à ce qui se passerait si l'on ne faisait qu'un échappe- ment à,la pressinn moyenne de 1 kg/cm2, atteint 55 o/o lorsqu'on adapte les sections des deux distributeurs de la turbine pour que.
la pression moyenne du premier échappement atteigne 2,5 kg/ em2, celle du deuxième restant égale à 1 kg/cm2.
Le double échappement pour les moteurs à combustion interne est déjà connu, notamment par le brevet français n
535.536 du 14 Mai 1921 de la Société Rateau, mais on n'envisa- geait alors l'alimentation de la turbine que par le premier échappement le deuxième se faisant directement à l'atmosphè- re;
le nouveau procédé se différencie du précédent par l'emploi des deux échappements (ou de plus de deux) dans la ou les tur- bines, ce qui procure une puissance disponible considérablement plus-forte, permettant d'effectuer la suralimentation et aussi le balayage des cylindres et des chambres de combustion à fin de,. course, même dans les circonstances les plus défavorables, com- me par exemple dans le cas du moteur Diesel à deux. temps, il se différencie encore en ce que, maintenant, on vise le déplacement de la phase du premier échappement de manière à assurer le balaya- ge non seulement dans la marche à pleine charge, mais également dans la marche à toute charge réduite.
Le procédé se prête encore à une simplification intéressante permettant l'emploi d'un seul distributeur de ¯turbine. Cette simplif ication consiste (fig./3) à utiliser la détents des gaz du collecteur g1 à haute pression pour
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rehausser la pression des gaz'provenant du collecteur g à basse pression et cela grâce à l'interposition d'une ou de plusieurs trompes t; le mélange des deux gaz sortant de 'la . trompe s'en va ensuite travailler dans la turbine. Ce dispo- sitif est possible quand il y a plusieurs cylindres au moteur principal (ce qui est d'ailleurs le cas général) et, par cohséquent, des fluctuations peu importantes de pression dans les collecteurs.
Il entraîne toutefois une baisse de rende-. ment dans le fonctionnement de l'ensemble.
On prévoit encore des combinaisons possibles de cette variante avec le procédé décrit ici. Ainsi en suppo- sant 3 ou davantage d'échappements successifs, on pourrait, @ par exemple, faire agir le premier (ou les premiers) par une ou des trompes sur l'avant-dernier, en vue de relever la pres- sion et de conduire ensuite ce mélange de gaz à pression suré- @ levée en parallèle avec celui du dernier échappement dans @@e des distributeurs appropriés d'une même turbine ou de deux turbines.
Dans le cas où l'on voudrait se borner à faire du balayage sans suralimentation (ou avec une suralimentation très modérée), le ventilateur compresseur pourrait être sup- @ primé; à cet effet, la trempe seule permettrait d'abaisser suffisamment la pression moyenne du deuxième échappement au- dessous de la pression atmosphérique, grâce à l'énergie utili- sable du premier échappement, pour que le balayage se pro- duise sans qu'il soit besoin de pousser l'air au moyen d'une machine quelconque vers les orifices d'entrée. Le balayage s'exécuterait alors par l'aspiration due à la trompe (ou aux trompes si on en met plusieurs) et non plus par l'insufflation d'un ventilateur.
Un calcul facile, basé sur la connaissance du rendement des trompes, qui peut atteindre dans de bonnes conditions 50 o/o montre que la pression moyen e du premer échappement au-dessus de l'atmosphère doit être de l'ordre de
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4 fois la dépression nécessitée par le balayage correct, laquelle est de l'ordre de 0,2 kg/cm2, et il sera, en général, aisé de réa- liser cela en avançant autant qu'il le faudra la phase du premier échappement.
Dans les exemples précédents, on a décrit plus particuliè- rement l'application à des moteurs à combustion interne deux temps.
Mais le procédé s'applique également à des moteurs à 4 temps et il permet, dans ce cas, si les temps d'admission et d'échappement se .chevauchent suffisamment de balayer la chambre de combustion et de supprimer l'influence néfaste des gaz brûlés restant dans l'espace mort en fin',de course de piston.
REVENDICATIONS
1 ) - Un procédé pour assurer l'alimentation sous près-] sion et la balayage des cylindres d'un moteur à combustion interne, à l'aide de deux ou plusieurs échappements successifs alimentant;des turbines actionnant un ou plusieurs compresseurs d'alimentation du mo- teur, caractérisé par le fait que les échappements sont envoyés dans des'parties distinctes du distributeur d'une morne turbine, de telle sorte que l'on ait la possibilité matérielle d'éviter, pour un moteur polycylindrique. tourte interférence entre les échappements, et qu'on obtienne ainsi une pression aussi basse que possible, en fin d'échap- pement basse pression, dans chaque cylindre, ce qui rend possible le balayage à ce moment.
2 ) - Un procédé selon 1 , caractérisé par le fait que les phases des premiers échappements sont avancées ou allongées automati- quement ou'.non, de manière à. remonter la pression de suralimentation donnée par le compresseur, si on le désire, afin d'assurer le balayage @à toutes les chargés du moteur.
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