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"Procédé et dispositif pour le fonctionnement de machines à combus- tion suralimentées au moyen de turbocompresseurs à gaz d'échappement"
Les véhicules marchant sur route de même que les véhicules sur rail avec transmission mécanique de la force nécessitent aux faibles vitesses un couple-moteur aussi grand'que possible et qui puisse diminuer lorsque la vitesse du moteur augmente. La vitesse et la pression des turbocompresseurs de suralimentation à gaz d'échappement sans réglage dépendent principalement du poids et de la température des gaz moteurs. Si un tel compresseur de suralimentation est étudié en vue de n'atteindre sa vitesse. maximum qu'avec la vitesse maximum du moteur ou -plus tard, les pressions de suralimentation aux faibles vitesses du moteur sont faibles et le couple moteur que l'on peut obtenir est relativement petit.
Le procédé suivant la présente invention remédie à cet inconvénient du fait que lorsque la vitesse du moteur croît,'une quantité croissante de gaz d'échappement passe au compresseur. Pour la mise en oeuvre de ce procède, on intercale entre les conduites de gaz d'échappement à l'amont et à l'aval de la turbine au moins une conduite de by-pass avec papillon d'arrêt, les'résistances et les sections de la dite conduite d'évitement y compris l'organe de réglage étant choisies de façon telle'qu'une certaine quantité de gaz d'échappement traverse toujours la turbine et doive maintenir en mouvement le compresseur de suralimentation, pour que,
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même à la plus faible charge,
le moteur n'aspire pas sa charge d'air frais à travers la résistance opposée par la soufflante arrêtée.
On connaît déjà, il est vrai, des installations où dans certaines circonstances on fait traverser la turbine par la totalité des gaz d'échappement. ',Jais ces installations connues permettent uniquement au moteur de continuer à marcher sans suralimentation, par exemple lorsqu'une avarie est survenue au compresseur.
Il est connu, en outre, de faire passer les gaz d'échappement en partie au compresseur de suralimentation de façon telle qu'il s'échappe directement à l'atmosphère une grandequantité de ces gaz lorsque la machine tourne à faible charge et une quantité moindre à forte charge. Une telle mesure peut être pratique pour les installations stationnaires. Suivant la présente invention, par contre, la quantité de gaz d'échappement que l'on fait passer par le compresseur est petite à faible vitesse, c'est-à-dire à faible char; du moteur,et grande lorsque le moteur tourne à grande vitesse, c'est-à-dire développe une grande puissance.
Les Fige. 1 à 5 représentent des exemples de dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
1 désigne la machine à combustion interne, que l'on appellera aussi dans la suite plus brièvement le moteur, 2 est le compresseur actionnépar les gaz d'échappement, et 3 la conduite d'air entre le compresseur et le moteur. La conduite de by-pass 5 se détache, entre le moteur et la turbine, du collecteur de gaz d'échappement 4 et débouche directement dans la conduite de gaz d'échappement 6 qui mène de la turbine à l'atmosphère. Le papillon d'arrêt ou de réglage 7 se trouve sous la pression du ressort réglable 8 et peut être déplacé à volonté par le levier 9. Il est étudié de telle sorte qu'il s'ouvre automatiquement lorsque les gaz d'échappement atteignent une certaine pression.
Il est dès lorspossible de faire en sorte que déjà aux faibles vitesses du moteur le compresseur travaille à une vitesse relativement élevée, et par suite à forte pression de suralimentation, sans dépasser le maximum de vitesse assigné lorsque la vitesse du moteur augmente. De cette façon, on peut déjà tourner, à de faibles vitesses du moteur, avec un couple-moteur élevé.
La Fig. 1 montre un dispositif comme ceux que l'on utilise par exemple pour la suralimentation des moteurs à gazde véhicules.
L'air fourni par le compresseur 2 du groupe est amené, d'une part, au gazogène, et de l'autre côté à la tuyère de mélange 13
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placée en amont de la machine à combustion.
L'augmentation de puissance que la suralimentation permet d'obtenir n'est souvent nécessitée que de façon momentanée sur des véhicules, par exemple pour gravir des rampes ou, pour des véhicules publics, pour rattraper des retards. Dans la descente ou en palier, la puissance en marche non.suralimentée suffit en général, surtout si les moteurs sont largement dimensionnés. Dans de telles périodesde service, il peut être pratique da ne faire tourner le compresseur qu'à vitesse réduite. Le vieillissement naturel des paliers peut ainsi être retardé et la dépense de lubrifiant diminuée.
C'est pourquoi, dans le domaine des charges partielles, le papillon d'arrêt de la conduite de by-pass peut être ouvert de l'extérieur. Ceci peut se faire par exemple en.actionnant ce papillon par voie mécanique à partir du poste du machiniste. Il est alors possible de faire passer directement à la conduite de gaz d'échappement en aval du groupe de suralimentation une quantité plus ou moins grande de gazd'échappement, c'ext-à-dire de choisir plus ou moins grand le degré de suralimentation, et partant la vitesse du compresseur, comme le demande la marche du véhicule.
La Fig. 2 montre en détail à plus grande échelle le papillon 7 chargé à ressort, avec son tringlaga et son levier de commande 9.
On peut donner au tendeur à ressort a une tensionpréalable plus ou moins grande au moyen d'un système à'vis de construction connue.
Dans l'une des positions extrêmes du levier, le compresseur de suralimentation reste en circuit, c'est-à-dire que le papillon ne s'ouvre que lorsqu'est atteinte la pression du gaz d'échappement correspondant approximativement à,. la vitesse maxima. En actionnant le levier 9 vers la gauche, la tension préalable du ressort se trouve tout d'abord diminuée, puis entièrement supprimée, c'est-àdire que le papillon 7 est ouvert de force. Sur des véhicules que l'on peut actionner à volonté au gaz ou avec des combustibles liquids s, le levier 9 peut s'utiliser en outre pour ouvrir l'admission/du combustible liquide et mettre hors circuit la gazogène.
A cet effat, le levier 9 sera relié non seulement au papillon 7 du by-pass,- mais aussi au papillon 19 intercalé dans la tubulure 14 d'amenée du mélange d'essence, ainsi qu'au papillon 18 monté en aval du mélangeur de gaz et d'air 13. Le gaz et l'air comburant sont amenés au mélangeur 13 par les conduites 15 et 16. Dans son autre position extrême, le levier 9 ferme donc 'l'amenée du gaz et ouvre le passage au mélange d'essence et d'air pour arriver à la tulubure d'admission 17 du moteur.
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La Fig. 3 montre une réalisation qui peut servir dans les moteurs Diesel de traction suralimentés. Ici sont prévus deux collecteurs de gaz d'échappement 4 et 10 entre le moteur et la turbine. Le tuyau de by-pass 5 pourvu d'un papillon 7 est greffé sur le collecteur 4. Dans cet exemple, le deuxième collecteur 10 ne possède pas de by-pass. Le compresseur ne peut donc jamais être mis complètement hors circuit.
Dans la Fig. 4, à l'encontre de l'exemple de la Fig. 3, la deuxième conduite de gaz d'échappement 10 possède, elle aussi, une conduite de by-pass 11, commandée également par un papillon 7.
Les Figs. 5 et 6 représentent schématiquement le mode de fonctionnement de l'objet de l'invention. La Fig. 5 montre en A le couple-moteur que l'on peut obtenir, en B le rapport des pressions au compresseur en fonction de la vitesse du moteur lorsque l'on n'utilise pas de gaz d'échappement. A la Fig. 6, les conditions de marche sont représentées pour le cas où l'installation comporte une conduite de by-pass avec papillon de décharge chargé par ressort.
L'allure favorable du couple-moteur ressort de la courbe A1, tandis que la courbe B1 indique l'allure approximative du rapport des pressions. Dans ce cas, la pression de suralimentation augmente beaucoup plus rapidement. Au point C de la courbe B1, le papillon de décharge commence à s'ouvrir sous la pression des gaz d'échappe- ment, ce qui empêche tout dépassement de la vitessemaximum du compresseur.