FR2493916A1 - Procede de generation d'une pression gazeuse associee a un moteur a combustion interne, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede de generation d'une pression gazeuse associee a un moteur a combustion interne, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede Download PDF

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Abstract

LORSQUE LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE TOURNE DANS LA PLAGE DE CHARGE INFERIEURE, LE MOTEUR A GAZ 2 QUI COMMANDE LA POMPE A GAZ 3 EST ENTRAINE PAR LE GAZ ASPIRE PAR LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, TANDIS QUE LORSQUE CE DERNIER TOURNE DANS LA PLAGE DE CHARGE SUPERIEURE LE MOTEUR A GAZ 2 EST, AVEC LA POMPE A GAZ 3, ACCOUPLE A, ET ENTRAINE PAR, UN DISQUE 16 COMMANDE PAR LE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, ET LE GAZ VEHICULE PAR LA POMPE A GAZ 3 EST AMENE AU COURANT GAZEUX QUI TRAVERSE LE MOTEUR A GAZ 2. CE DISPOSITIF CONSTITUE UN SURALIMENTEUR DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE PARTICULIEREMENT COMPACT ET LEGER, A COEFFICIENT DE RENDEMENT ELEVE.

Description

- 1 -
La présente invention oencerne d'une part un pro-
cédé de génération d'une pression gazeuse associée à
un moteur. combustion interne, d'autre part un dis-
positif pour mettre en oeuvre ce procédé.
En rapport avec les motaies combustion interne et les appareils qui leur sont associés directement ou indirectement, on utilise de plus en plus des systèmes de travail pneumatiques. La pression gazeuse nécessaire à cela doit être engendrée en mettant en
oeuvre une partie du travail fourni par le moteur.
Alors que par exemple dans la plage de charge inférieure du moteur on insuffle dans son système de gaz d'échappement
ce que l'on appelle de l'air secondaire destiné à modi-
fier la composition de ces gaz, tandis que par ailleurs
l'alimentation du moteur en gaz est suffisamment assu-
rée par l'aspiration, il en va différemment dans la plage de charge supérieure du moteur. En effet, afin d'augmenter la puissance du moteur au-delà de celle qui résulte de l'aspiration assurée par le moteur, les quantités de gaz nécessaires à la combustion sont plus grandes que celles qui peuvent âtre fournies par simple aspiration. Ces besoins accrus de gaz sont satisfaits
par ce que l'on appelle un suralimenteur.
L insufflaỉon drair secondaire est g'néralement effectuée par une pompe à air mue par le moteur. Cette pompe envoie de l'air dans les gaz d'échappement très
chauds, h proximité des conduits de ces gaz, pour pro-
voquer une postcombustion du monoc-yde.de carbone et des
hydrocarbures contenus dans ces gaz.
Le suralimenteur est en règle générale une pompe
gaz qui, par une transmission appropriée, est com-
mandée ar le moteur à suralimenter ou par exemple par le cour-at da gaz d'échappement (turboccmpresseur) pour que la Drnession de suralimentation a.tteigne par exemple 1,4 bar. Etant donné que la suralimentation n'est souhaitée que dans la plage de charge supérieure, il faut - 2 - que le suralimenteur puisse être couplé au dispositif
qui l'entraIne ou en être découplé.
On connaît des systèmes d'insufflation d'air secondaire dans le système des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et des systèmes de sura-
limentation d'un tel moteur.n Ces systèmes connus re-
quièren.t cependant chacun leur propre dispositif de com-
mande et sont fabriqués sous forme d'appareils indé-
pendants l'un de l'autre. Ceci entraîne un coût de construction élevé, un poids considérable et une plus grande consommation d'énergie par exemple pour le
systèma d'amenée d'air secondaire. La même chose s'ap-
plique en ce qui concerne d'autres systèmes pneumatiques de travail, par exemple des valves ou autres éléments
analogues commandés pneumatiquement.
Le problème auquel l'invention a apporté une so-
lution consistait alors d'une part & concevoir un pro-
cédé de génération d'une pression gazeuse en liaison avec un moteur à combustion interne, d'autre part à
créer un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procé-
de? ce procédé et le dispositif correspondant devant
évite-r io in:convénients mentionnés ci-dessue, ecest-
à-dire devant être simples, d'un soût réduit et, pour le moteur, particulièrement performants et consommer le moins d'énergie possible. Notamment, 1' d'air secondaire dans le système des gaz d'échappement du moteur doit pouvoir s'effectuer de manière favorable en ce qui concerne la consommation diénergie, et la
suralimentatinn doit être efficace.
TLe procédé que l'invention a imaginé consiste à
faire en sorte qu'un moteur % gaz entra.nant en perma-
nence une pompe à gaz servant à engendrer la pression gazeuse soit actionné par le gaz aspiré par le moteur à combustion interne. Grâce à ce procédé le papillon habituel jusqu'à présent, ou to't autre dispositif exercant une action analogue d'étranglement, n'a plus -3- raison d'être, et l'énergie qui jusqu'à présent était étranglée sans profit est maintenant mise en oeuvre pour produire la pression gazeuse d'une manière qui
économise de l'énergie.
Il est particulièrement avantageux que, confor- mément à. l'invention, lorsque le moteur a combustion interne tourne dans la plage de charge inférieure le moteur a. gaz qui commande la pompe à. gaz soit entrainé par le gaz aspire par le moteur à combustion interne, et que lorsque ee dernier tourne dans la plage de charge supérieure le moteur i gaz soit, avec la pompe à gaz, accouplé à et entra!né par un disque commandé par le moteur combustion interne, et que le gaz véhiculé par la pompe à gaz soit amené au courant gazeux qui traverse le moteur à gaz. Air, i, dans la plage de charge inférieure le moteur a gaz engendre au moyen de la pompe h. gaz une pression gazeuse destinée à un
appareil de consommation en principe quelconque, tan-
dis que dans laplage de charge supérieure ce moteur et cette pomne engendrent ensemble, étant donné la liaison motrice qui existe maintenant à partir du moteur a. combustion interne, une pression de suralimentation de ce moteur. Abstraction faite des avantages qui en résultent pour le dispositif, savoir que de cette façon deux appareils sont maintenant réun!s en un seul, l'énergie nécessaire par exemple pour l'insufflation d'air secondaire ou tout autre poste de consommation est fournie par le moteur i gaz, par le fait que dans ce moteur la capacité de travail do la pression qui, dans le eas d'un moteur à combustion internes est
étranglée au droit du papillon généralement sans pro-
fit, est maintenant mise a contribution pour faire fonctionner la pompe 1 gaze Dans la p!aga de charge superile).re, dans laquelle le moteur à combustion interne
doit être suralimenté, le moteur. gaz n'est plus main-
tenant entraîné par le gaz aspiré -par le moteur a
combustion interne, mais par un disque qui est com-
mandé directement par le moteur à combustion interne et qui, pour entraîner le moteur à gaz, est accouplé à ce dernier. La pompe à gaz se trouve ainsi accouplée automatiquement à ce disque et mue par lui. Le gaz véhiculé par la pompe à gaz est maintenant, lors de la suralimentation du moteur à combustion interne, envoyé au courant de gaz qui a traversé le moteur à gaz, de sorte que la quantité totale des deux courants gazeux est disponible pour suralimenter le moteur à
combustion interne.
Si le moteur à combustion interne franchit la plage de charge inférieure, par le fait qu'il tourne plus vite, l'insufflation d'air secondaire dans son
système de gaz d'échappement par exemple n'est généra-
lement plus nécessaire, maisdun autre côté, dans cette plage de charge un peu plus élevée, appelée ici "plage de charge moyenne", il serait souhaitable de tirer davantage parti de l'énergie motrice fournie par le
moteur à gaz. Ce problème est, suivant une caractéris-
tique plus élaborée de l'invention, résolu de la façon suivante i le gaz véhiculé par la pompe a gaz est, a) dans la plage de charge inférieure, envoyé en
tant qu'air secondaire dans le système des gaz d'échap-
pement du moteur à combustion interne, et b) dans une plage de charge moyenne, envoyé dans
un réservoir de pressinn gazeuse.
L'unité constituée par le moteur à gaz et la pompe à gaz est donc, comme auparavant, entraînée par le gaz aspiré par le moteur à combustion interne, mais l'air véhiculé par la pompe à gaz n'est plus utilisé pour l'insufflation d'air secondaire dans le système des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, mais est mis à la disposition d'un réservoir de pression
gazeuse pour établir une pression gazeuse dans celui-ci.
La commutation nécessaire de l'air véhiculé par la -5 - pompe à gaz peut être assurée par exemple à. un débit prédéterminé du moteur à gaz, par exemple à 40 % du débit maximaiqu'il peut fournir à lui seul en tant que
moteur a gaz.
Il s'est révélé particulièrement avantageux
qu'environ 70 à 95 %i de la quantité totale de gaz vé-
hiculée par le moteur à gaz et la pompe. gaz traverse ce moteur. En fait, avec des pertes par frottement très faibles et p conditions ambiantes égales, il suffirait par contre que le moteur à gaz véhicule à peine plus
de 50 % de cette quantité totale de gaz. Une réparti-
tion de cette dernière a raison d'environ 83 % par le moteur à gaz et par conséquent d'environ 17 % par la
pompe gaz s'est révélée être particulièrement avanta-
geuse. En régime suralimenté c'est donc 100 % de la quantité de gaz véhiculée par le moteur à gaz et par
la pompe a gaz qui est envoyée dans le moteur à combus-
tion interne.
Le couplage qui, en règle générale, s'effectue par un embrayage commandé mécaniquement ou pneumatiquement dans le cas de suralimenteurs de moteurs à combustion interne, est assuré, suivant une autre caractéristique
de l'invention, par un embrayage commandé pneumatiquement.
Un tel embrayage présente l'avantage d'un encombrement et d'un poids relativement réduits, et d'avoir un coût
de fabrication comparativement faible. Un autre avan-
tage souligner réside dans le fait qu'un réglage de l'embrayage, normalement nécessaire de temps en temps par suite de l'usure de sa garniture, n'a pas a être
effectué, car un embrayage pneumatique s2adapte auto-
matiquement a l'usure de sa garniture, par augmenta-
tion de sa course axiale. Une conception simple et sur-
tout légère de l'unité constituée par le moteur a gaz et la pompe h gaz est av-n-.tageuse t.ant pour la puissance du moteur a gaz en tant que commande de la pompe A gaz que pour les performances de l'ensemble de cette unité
en tant que suralimenteur.
-6 - La commutation pour passer du fonctionnement dans la plage de charge inférieure au fonctionnement
en suralimentation, donc dans la plage de charge supé-
rieure, est avantageusement effectuée en faisant en sorte que l'air véhiculé par la pompe à gaz soit,
a l'aide d'une valve à commande de préférence pneu-
matique2 envoyé sélectivement à l'appareil consom-
mateur de pression gazeuse ou dans le courant de gaz véhiculé par le moteur à gaz. Une vale à commande pneumatique a un poids relativement faible et son comportement à la réponse est favorable. En outre, coine il sera expliqué plus loin, l'énergie nécessaire
Dpour assurer la commutation peut être obtenue particu-
lièlement favorablement à partir d'autres appareils
existants.
Tart l'embrayage pneumatique que la valve à com-
mande p'eumatique peuvent être actinnés par une sur-
pression et/ou une dépression; il suffit que ces ap-
pareils soient cnnçus en conséquence. Une commande particulièrement favorable du point de vue de l'énergie
consomm4e pour actionner ces deux appareils est réali-
sée selon l'invention lorsque l'embrayage à commande
pneuxaatique et/ou la valve à commande pneumatique re-
çoive-nt la pression fournie par le dispotiLf de géné-
ration î.l pression, de préférence la pression de pointe; la pression de pointe engendrée par la suralimentation
se prête tout particulièrement à cela.
quelle que soit la source de pression gazeuse par laquelle sont commandés l'embrayage pneumatique et/ou la valve à commande pneumatique, il est recommandé que les pressions de travail soient commandées à l'aide de valves de passage; ces valves peuvent être actionnées
tant mécaniquement qu' électromagnétiquement.
Du fait que le papillon des gaz du moteur à com-
bustion, interne est supprimé et remplacé par un moteur à. saz, il faut prévoir un autre appareil pour agir sur - 7 - la puissance du moteur à combustion interne. Il est
particulièrement favorable que la quantité de gaz véhi-
culée par le moteur a gaz soit réglée à l'aide d'un détendeur installé en amont ou en aval de la pompe à gaz. Plus la pression du courant d'air véhiculé par la pompe à gaz est fortement détendue, plus la chute de débit à la pompe à gaz, et par conséquent la quantité d'air que le moteur ' combustion interne peut
aspirer par le moteur à gaz, sont grandes. Si le déten-
deur est installé en amont de la pompe à gaz, il ne doit avoir d'influence directe que sur cette pompe, et non pas aussi sur le moteur à gaz, sinon la pression détendue ferait défaut au moteur à gaz en tant que
force motrice.
Une solution particulièrement simple est réalisée lorsque le détendeur est installé en aval de la pompe à gaz et qu'à l'aide de ce détendeur une contre-pression
plus ou moins élevée s'établit en aval de cette pompe.
Ainsi, les deux courants gazeux (celui du moteur à gaz et celui de la pompe à gaz) se trouvent réglés en même temps. Le couplage ou le découplage entre le moteur a gaz et le disque mentionné plus haut peut en principe
être provoqué ou effectué par les signaux les plus di-
vers. Dans le cas de la présente invention, il est par-
ticulièrement recommandé d'effectuer ces manoeuvres à
l'aide du levier des gaz qui règle la puissance du mo-
teur à combustion interne, l'une et l'autre de ces manoeuvres étant liées chacune à une position déterminée de ce levier. Ceci peut avoir lieu par exemple avec un
- montage dit "kick-down" (commande de charge) connu en soi.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le découplage entre le moteur à gaz et le disque est favorisé par au moins un ressort. Ainsi est assuré un découplage précis, et on évite un patinage indésirable
de cet embrayage.
- 8 - Le mieux est qu'un tel ressort s'oppose M la
pression gazeuse qui actionne l'embrayage pneumatique.
La force engendrée par la pression pneumatique doit donc être supérieure à la force antagoniste du ressort pour que le couplage soit possible. D'un autre côté ce ressort favorise le découplage également par le fait que cette manoeuvre n'a plus à être assurée par
le seul appareillage pneumatique, de sorte que celui-
ci peut être d'une conception particulièrement légère et simple. Il peut même suffire, pour pro'oquer le
découplage, de laisser s'échapper la pression pneuma-
tique mise en oeuvre pour assurer le couplage.
Il est en outre possible, à l'aide d'un autre ressort agissant au sein de l'appareillage pneumatique,
de faciliter le couplage ou le découplage et de main-
tenir l'embrayage dans chacune de ses positions de fin de course. Il est dans ce but avantageux de faire usage d'un ressort en cuvette, lequel peut aussi se présenter sous forme d'un disque à effet de ressort
bistable.
Le dispositif conçu selon l'invention pour ré-
soudre le problème exposé en préambule et mettre en oeuvre le procédé selon l'invention se distingue par le fait qu'il comporte un moteur à gaz qui est actionné par le gaz aspiré par le moteur à combustion interne
et qui est couplé à une pompe à gaz qui sert à engen-
drer la pression gazeuse et est entraînée par ce moteur à gaz. Grâce à cette disposition, il devient possible
de mettre à contribution une pression gazeuse que jus-
qu 'n présent on étranglait sans en tirer aucun profit, pour maintenant engendrer et emmagasiner une preséion
g*azeuse tout en faisant l'économie des appareils consom-
mateurs d'énergie qui avant l'invention étaient néces-
saires à ces fins.
Il s'est révélé particulièrement avantageux que, conformément à l'invention, le moteur a gaz puisse être accouplé à un disque entraîné par le moteur a -9- combustion interne, et que la pompe à gaz présente une tubulure de sortie des gaz destinée à être reliée à une tubulure d'admission des gaz du moteur à combustion interne. Le moteur à gaz qui actionne la pompe à gaz assure un débit représentant de préférence environ 70 à 95 %
du débit total de ce moteur et de cette pompe.
Particulièrement peu encombrant, dépourvu de pertes par frottement et simple à fabriquer est un moteur a gaz qui comporte un axe de rotation commun à ce moteur et à la pompe à gaz. De cette façon les forces motrices
qui agissent sur le moteur à gaz sont transmises direc-
tement à la pompe à gaz.
Suivant une forme d'exécution plus élaborée et par-
ticulièrement favorable de l'invention, le moteur à gaz et la pompe à gaz sont concus sous forme d'une pompe rotative à palettes comportant deux enceintes de pompe
disposées à la suite l'une de l'autre sur un axe de ro-
tation. Le moteur à gaz et la pompe à gaz sont ainsi
intégrés dans un eul carter.
Il est recommandé de placer en tête du moteur à gaz un embrayage X commande pneumatique, car un tel embrayage est, comme exposé plus haut, particulièrement favorable, dans le cas d'utilisation considéré, en ce qui concerne le poids et le prix; de plus, les pertes par frottement et par inertie restent dans des limites
particulièrement étroites.
Une valve à commande de préférence pneumatique ins-
tallée à la suite de la pompe à gaz fait que, suivant une autre caractéristique de l'invention, le gaz véhiculé par cette pompe est envoyé sélectivement à l'appareil consommateur de pression gazeuse, par exemple au système d'insufflation d'air secondaire (dans le système des gaz d'échappement du moteur à combustion interne) ou au courant gazeux qui traverse le moteur à gaz. Une telle valve sera de préférence sous forme d'un robinet à 2 voies, l'énergie nécessaire pour l'actionner étant
- 10 -
obtenue d'un réservoir de pression gazeuse qui existe
de toute façon avec un moteur à combustion interne.
De cette manière il n'y a pas à prévoir de valves élec-
tromagnétiques de grandes dimensions et consommant nécessairement relativement beaucoup de courant élec- trique. Dans le trajet des gaz menant à la pompe à gaz ou provenant de celle-ci est disposé, suivant une forme
d'exécution plus élaborée, un détendeur de pression.
Ce détendeur remplace le papillon habituellement utilisé avec un moteur à combustion interne, par le fait qu'en élargissant ou en rétrécissant la section d'écoulement on engendre une baisse de pression plus ou moins forte qui détermine la puissance de la pompe à gaz et par conséquent aussi celle du moteur à gaz et donc son débit de gaz. Si le détendeur est installé en tête de la pompe à gaz, seule cette dernière doit, comme déjà mentionné, être concernée par ce détendeur, à
l'exclusion du moteur à gaz.
La pression gazeuse produite par la pompe à gaz est, de façon avantageuse, envoyée dans un réservoir de pression gazeuse installé à la suite de cette pompe et en tête du détendeur. Dans cette forme d'exécution il faut que le détendeur de pression soit lui aussi installé â la suite de la pompe a gaz. Au moyen de ce réservoir de pression gazeuse prévu conformément à l'invention il est possible d'alimenter des systèmes pneumatiques en principe quelconques, dans la mesure o la pression gazeuse accumulée dans ce réservoir suffit
à cela.
Un robinet h 2 voies installé, conformément à l'in-
vention, à la suite de la pompe à gaz et aussi du déten-
deur de pression, permet de commuter sélectivement entre une conduite de mise à l'atmosphère et le système des gaz d'échappement du moteur a combustion interne le
courant gazeux véhiculé par la pompe à gaz.
- il -
L'embrayage pneumatique et la valve à commande pneumatique sont commandés de préférence par des valves de passage installées en amont. De telles valves peuvent être conçues relativement petites et ne requièrent que relativement peu d'énergie pour
être actionnées, car elles ne font que régler l'ali-
mentation en gaz de l'embrayage et de la dite valve qui, eux, fournissent le travail. Il s'agit donc ici,
dans les deux cas, d'un servo-système.
L'énergie servo-motrice proprement dite est fournie de préférence par un réservoir de pression gazeuse installé en tête de l'embrayage pneumatique
et/ou-1a valve à commande de préférence pneumatique.
Ce réservoir peut, à l'aide d'une source de surpression
ou de dépression, être maintenu constamment à la pres-
sion de travail nécessaire.
Il s'est révélé particulièrement favorable de
prévoir une conduite de liaison gazeuse entre le réser-
voir de Pression gazeuse qui vient d'être mentionné et la tubulure d'admission des gaz, car de cette façon ce réservoir reçoit la pression de suralimentation
existant lorsque le moteur à combustion interne est su-
ralimenté. Dans cette disposition le réservoir de sur-
pression soumis à la pression gazeuse engendrée par la
pompe à gaz peut aussi être utilisé.
Dans une forme d'exécution plus élaborée de l'in-
vention, il est également possiUe de prévoir un deuxième réservoir de pression gazeuse qui est installé en tête
de l'embrayage pneumatique et/ou de la dite valve à.
commande pneumatique et, qui, par rapport au premier, est soumis à une pression antagoniste. De cette manière un fonctionnement particulièrement sur de l'embrayage est obtenu, et le ressort qui favorise le découplage n'a à fournir que des forces relativement faibles et
peut donc être conçu relativement léger.
Une forme d'exécution particulièrement peu encom-
brante et légère d'un suralimenteur selon l'invention
- 12 -
est obtenue lorsque l'embrayage pneumatique et la
valve à commande de préférence pneumatique sont inté-
grés au moteur à gaz et à la pompe à gaz pour consti-
tuer une unité de suralimentation.
Le dispositif selon l'invention est avantageusement équipé d'une part d'un plateau d'entraînement qui est monté coaxialement au disque (lequel peut être par exemple un volant), peut coulisser axialement, est en
liaison active avec un rotor du moteur à gaz et com-
porte uin palier de butée axiale muni d'un chapeau,
d'autre part d'un couvercle mobile d'une enceinte sou-
mise a une prenoàn pneumatique et comportant une zone de fonid, ce couvercle étant en liaison active avec le chapeau du palier de butée axiale, d'autre part enfin d'au moins un ressort en liaison active avec le dit
plateau d'entraînement. Une telle combinaison est par-
ticulièrement légère et d'un fonctionnement sûGr; elle
évite à l'embrayage de patiner lorsque l'unité de sur-
alimentation constituée par le moteur à gaz et la
pompe à gaz est découplée du volant.
La possibilité de coulissement axial du plateau d'entraînement par rapport au rotor est assurée de manière avantageuse par le fait que dans des alésages
du rotor peuvent pénétrer en direction axiale des gou-
jons fixés au plateau d'entraînement et assurant le jeu nécessaire dans la direction axiale; la disposition inverse est possible aussi, à savoir que les alésages soient ménagés dans le plateau d'entraînement et que
les goujons soient fixés au rotor.
Une liaison active très simple et facile à réaliser
entre le chapeau du palier de butée axiale et le cou-
vercle mobile de l'enceinte soumise à une pression pneumatique consiste à prévoir un support d'une part sur le dit chapeau, d'autre part sur le dit couvercle, et à disposer entre ces deux supports un levier assurant
la transmission des efforts entre eux.
- 13 -
Suivant une autre forme d'exécution, il est cependant possible que le couvercle en question soit
fixé rigidement au chapeau du palier de butée axiale.
Pour que la hauteur d'installation de l'embrayage pneumatique soit très réduite, on peut disposer la tu- bulure de raccordement de pression dans un renfoncement
du couvercle de l'enceinte soumise à une pression.
Comme liaison entre le couvercle et la zone de fond de l'enceinte soumise à une pression une membrane plate est particulièrement appropriée, carune telle membrane est particulièrement apte à supporter des efforts de pression alternés et, de plus, contribue aussi à réduire davantage les dimensions de la dite enceinte. D'autres membranes peuvent naturellement être utilisées pour les fins de l'invention, par exemple
une membrane à déroulement.
Le fonctionnement de l'embrayage pneumatique est influencé particulièrement favorablement lorsque le
ressort dont il est muni exerce sur le plateau d'en-
tralnement une force antagoniste à la pression pneuma-
tique. Un ressort en cuvette agissant entre le couvercle de l'enceinte soumise à une pression et la zone de fond de celle-ci permet d'assurer un couplage ou un
découplae sûr même avec une pression pneumatique rela-
tivement faible. Ceci est en particulier le cas lorsque ce ressort est constitué par une rondelle a effet de ressort bistable, garantissant une retenue sure de l'embrayage dans chacune de ses deux positions de fin
de course.
L'invention va maintenant être décrite plus en
détail ci-après, en se référant à des exemples d'exécu-
tion illustrés au dessin annexé; sur ce dernier
- la figure i est un schéma de principe du dispo-
sitif selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme de la puissance d'un moteur à combustion interne avec insufflation d'air
- 14 -
secondaire et suralimentation, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'lmu suralimenteur selon l'invention, avec embrayage à commande pneumatique intégré et valve à commande pneumatique intégrée, la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne A-A tracée sur la fig.3, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la partie embrayage selon la fig.1, toutefois dans une autre forme d'exécution, et - les figures 6 et 7 sont des vues analogues à
la fig.5, mais dans deux autres formes d'exécution.
On a représenté à la fig.1 une unité de surali-
mentation 1 composée d'un moteur à gaz 2 et d'une pompe à gaz 3. Le moteur a gaz 2 se compose dans cet exemple deeux enceintes de pompe (unités motrices) 4 et 5 sensiblement de mêmes dimensions et coopérant l'une avec l autre. Ces deux unités motrices 4 et 5 ainsi que la pompe à gaz 3 reçoivent de l'air sensiblement à la pression atmosphérique provenant d'un filtre à air (non représenté), par l'intermédiaire d'une conduite
d'amenée 6. Il est naturellement possible aussi d'ali-
menter les unités motrices 4 et 5 déjà avec un mélange de gaz de combustion et de n'amener de l'air ou un autre
gaz qu'h la pompe à gaz 3. La dépression qui est pré-
sente 'l la tubulure d'admission des gaz du moteur à combustion interne (non représentée) provoque une
aspiration de gaz, notamment d'air, par les unités mo-
trices 4 et 5, de sorte que celles-ci font tourner un axe de rotation commmn 7. Cet axe fait que le moteur à gaz 2
* entraîne la pompe à gaz 3 directement ou par l'intermé-
diaire d'un réducteur (non représenté).
Dans la gamme de charge inférieure du moteur à combustion internes alors donc qu'une suralimentation
n'e-c -.as ernoore necessaire mais qu'il est souhai-
table d'insuffler de l'air secondaire dans le système -15 des gaz d'échappement, l'air véhiculé par la pompe
à gaz 3 peut être envoyé dans la veine des gaz d'é-
chappement (non représenté) du moteur à combustion interne. Ceci esréalisé en interposant une valve 8 commandée de préférence pneumatiquement, généralement composée d'un robinet à deux voies 9 connu en soi
et d'un organe pneumatique de manoeuvre 10. Un déten-
deur de pression Il est installé dans le parcours du gaz sortant du robinet à deux voies 9 et allant rejoindre
la-veine des gaz d'échappement. Le réglage de ce déten-
deur peut être modifié, par exemple par le levier des gaz qui règle la puissance du moteur à combustion interne, afin que ce détendeur provoque une chute de pression plus ou moins forte. Plus cette chute est grande, plus la pompe à gaz 3 et, par conséquent aussi,
le moteur à gaz 2, seront fortement freinés. Le déten-
deur 11 peut ainsi jouer le rôle du papillon des gaz habituellement utilisé avec les moteurs à combustion interne. Ce détendeur peut en principe être installe aussi dans la conduite de gaz menant directement à la pompe à gaz 3, mais il ne doit pas être installé aussi
en amont des unités motrices 4 et 5.
Au détendeur 11 peut faire suite un robinet à 2
voies lia dont les sorties peuvent être reliées alter-
nativement à la veine des gaz d'échappement du moteur à combustion interne et à l'atmosphère. Si aucune
insufflation d'air secondaire n'est souhaitée, le robi-
net à 2 voies lia est commuté sur "atmosphère".
Indépendamment de cela un réservoir de pression
gazeux llb peut être prévu en amont du détendeur 11.
Ce réservoir reçoit donc la pression qui règne en amont du détendeur 11 et emmagasine ainsi la pression gazeuse
autrefois étranglée sans profit.
Afin que l'unité de suralimentation 1 composée du moteur à gaz 2 et de la pompe à gaz 3 puisse fonctionner en tant que telle, cette pompe devrait comporter une
- 16 -
tubulure 13 de sortie de gaz raccordable à la tubu-
lure 14 d'admission des gaz du moteur à combustion interne. Il faut en outre un embrayage 15 qui accouple l'unité de suralimentation 1 à un disque 16 entraîné par le moteur à combustion interne. Ce disque tourne en permanence à une vitesse déterminée par celle du moteur et qui est calculée de telle sorte qu'en cas de couplage de l'unité de suralimentation 1 la pression de suralimentation désirée, égale par exemple environ
1,4 bar, soit assurée.
Selonne forme d'exécution avantageuse de l'inven-
tion illustrée à la fig.1, la commande de l'embrayage est assurée pneumatiquement; elle sera expliquée plus en détail ci-après. Tant l'embrayage à commande pneumatique 15 que la valve 8 dont la commande est de préférence pneumatique tirent leur pression motrice d'un réservoir de pression gazeuse 17 qui, suivant la
fig.^, peut être maintenu à un niveau de pression cons-
tant, par exemple par une pompe à dépression 18. Par l'intermédiaire de valves de passage 19,20 qui peuvent être actionnées séparément, par exemple mécaniquement ou électromagnétiquement, l'enceinte 21 de l'embrayage pneumatique 15 et l'enceinte 22 de la valve à commande
pneumatique 8 sont soumises à une pression b travail.
Cette valve 8 et cet embrayage 15 peuvent bien entendu fonctionner avec une surpression; il suffit pour cela d'en modifier la conception en conséquence. Il est alors
particulièrement avantageux que, dans ce cas, le réser-
voir de pression 17 comporte une conduite de liaison (non représentée à la fig.1) à la tubulure 14 d'admission des gaz. De cette façon ce réservoir de pression peut, éventuellement en intercalant des soupapes appropriées, être alimenté si fortement lors de la suralimentation du moteur à combustion interne, par exemple à chaque fois avec la pression de pointes que la quantité de gaz accumulée suffit pour les manoeuvres ultérieures de la
vive à commande pneumatique 8 et de l'embrayage à com-
mande
- 17 -
pneumatique 15. Enfin, il est également possible de faire en sorte que cette valve et cet embrayage dans des conduit% séparées soient, par des réservoirs
de pression gazeuse séparés, actionnés par une surpres-
sion dans une direction et par une dépression dans la
direction opposée.
On a représenté à la fig.2 dans quelles plages de charge du moteur il peut être souhaitable d'assurer le régime suralimenté ou l'insufflation d'air secondaire dans le système des gaz d'échappement. Dans les plages intermédiaires non hachurées il est par exemple possible d'envoyer dans le réservoir de pression gazeuse llb
le gaz véhiculé par la pompe à gaz 3.
A la fig.3 les enceintes de pompe (unités motrices)
4,5 du moteur à gaz 2 et la pompe à gaz 3 sont dispo-
sées sur un axe unique 7 et réalisées en tant que pompe
rotative à palettes comme on le voit à la fig.4.
La conduite d'amenée de gaz 6 au moteur à gaz 2 et à la pompe à gaz 3 n'est visible que sur la fig.4, de même
que la tubulure d'admission des ga ou collecteur 14.
La valve à commande pneumatique 8 est intégrée à l'unité de suralimentation. L'organe pneumatique de manoeuvre actionne, parl'intermédiaire d'une tige de clapet 24, un plateau 25 formant clapet qui peut établir alternativement une liaison entre la pompe à gaz 3 et soit une tubulure de pression gazeuse 23, soit la tubulure d'admission des gaz 14 (non représentée à la fig.3), ce clapet 25 obturant celle de ces deux liaisons qui n'est pas établie. Les unités motrices 4 et 5 du moteur
à gaz 2 peuvent, étant donné leur longueur totale ef-
fective, refouler environ 83 % de la quantité totale
de gaz que ce moteur et la pompe à gaz peuvent refou-
ler. Dans la disposition illustrée à la fig.3 l'unité de suralimentation travaille dans la plage de charge inférieure du moteur à combustion interne, c'est-à-dire que le moteur à gaz est actionné par la dépression, par exemple par l'air d'aspiration, engendrée par le moteur
- 18 -
a combustion interne, et que la pompe à gaz 3 envoie de l'air secondaire par l'intermédiaire de la tubulure de pression gazeuse 23 par exemple dans la veine des
gaz d'échappement du moteur à combustion interne.
L'embrayage 15 n'est donc pas en prise avec le disque 16. L'embrayage pneumatique 15 est décrit en détail ci-après et en se référant aux fig. 5 a 7 a cause de
l'échelle plus favorable à laquelle elle ont été des-
singes.
A la fig.4 est représenté entre autres choses
un rotor 26 d'une pompe à palettes connue en soi.
A la fig.5 on voit que le rotor 26 du moteur à gaz et de la pompe à gaz 3 est monté dans un carter 27 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 28 assurant lun frottement réduit. Le disque 16, constitué ici par une poulie, est relié au moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'une commande (non représentée) et est monté à rotation libre sur un prolongement 30
du rotor 26 au moyen d'un roulement à billes 29 as-
surant un frottement réduit.
Un plateau d'entraînement 31 est disposé coaxiale-
ment à la poulie 16 avec possibilité de coulisser axia-
lement par rapport au prolongement 30 du rotor 26, la disposition étant telle que ce plateau 31 peut, avec sa garniture 32, être mis en prise avec la poulie 16 ou être éloigné de cette dernière. Coaxialement au rotor
26 un ressort 33 prend appui d'une part contre un épau-
lement 3Y+ du rotor 26 et, d'autre part, contre le plateau d'entraînement 31, la disposition étant telle qu'en l'absence d'une force antagoniste correspondante ce ressort maintient le plateau 31 éloigné de la poulie 16. Du coté du plateau d'entrai nement opposé au ressort 33, ce disque comporte une butée axiale à billes 35
munie d'n chapeau 36. Ce dernier peut coulisser axia-
lement dans une zone axiale 37 du carter 27, en même
temps que la butée 35 et le plateau d'entraînement 31.
- 19- 2493916
Le carter 27 présente une zone frontale 38 qui recouvre la partie supérieure de la poulie 16 et dégage la partie inférieure de cette poulie pour
permettre la mise eneiace ou l'enlèvement d'une cour-
roie. Cette zone frontale 38 supporte la zone axiale 37 du carter et forme, à son extrémité située à gauche sur le dessin, la zone de fond 39 d'une enceinte 21
qui, par l'intermédiaire d'une-tubulure 40 de rac-
cordement de pression, est reliée à un réservoir de pression gazeuse 17 (fig.1). L'enceinte 21 est formée d'une part par la zone b fond 39, d'autre part par un couvercle 42 relié à cette zone de manière étanche
au moyen d'une membrane à déroulement 41.
Le chapeau 36 de la butée 35 comporte un support
43, le couvercle 42 de l'enceinte 21 un support 44.
Ces deux supporte sont reliés entre eux par un levier de telle façon que lorsqu'il y a mouvement relatif entre le chapeau 36 et la zone axiale 37 le couvercle 42 se trouve déplacé das la même direction que le chapeau 36. Inversement, ce dernier se trouve déplacé, par l'intermédiaire du levier 45, dans le même sens que le couvercle 42 lorsque celui-ci décrittn mouvement axial. Une dépression suffisamment forte à la tubulure de raccordement de pression 40 déplacerait d'une part le couvercle 42 vers la zone de fond 39, d'autre part le chapeau 36 vers la droite par l'intermédiaire des supports 43 et 44 ainsi que du levier 45, par le fait
que cette dépression est plus forte que le ressort 33.
De ce fait, la garniture 32 du plateau d'entraînement 31 peut venir en prise avec la poulie 16. Etant donné que le plateau 31 et le rotor 26 sont reliés l'un à l'autre dans le sens de la rotation par une denture de courroie, le rotor 26 n'est plus entraîné librement par l'aspiration du moteur à combustion interne, mais est maintenant commandé en rotation par la poulie 16 à la vitesse à laquelle celle-ci est elle-même entraînée par le moteur à combustion interne. Cette vitesse est
- - 20 2493916
supérieure a celle obtenue lorsque le moteur à gaz aspire librement, la différence en plus entre ces
deux vitesses permettant d'assurer la pression de sura-
limentation désirée de par exemple 1,4 bar.
Lorsque le moteur à gaz 2 est déoouplé de la poulie 16, la dépression diminue dans l'enceinte 21, de sorte que le ressort 33 est en mesure de repousser le plateau d'entraînement 31 et donc de l'éloigner de la poulie 16. Ce processus peut aussi être favorisé en portant l'enceinte 21 à une certaine surpression, par des conduites de gaz et des valves appropriées
(non représentées).
L'exemple d'exécution selon la fig.6 se distingue
de celui selon la fig.5 par quelques améliorations sup-
plémentaires qui ont une influence favorable sur le
poids du dispositif, son encombrement et sa fabrication.
La tubulure de raccordement de pression 40 est maintenant logée dans un renfoncement 46 du couvercle 42. Entre le chapeau 36 de la butée axiale 35 et le couvercle 42 a été créée une liaison par vis, de sorte que les
supports 43,44 et le levier 45 n'ont plus raison d'être.
La liaison opératoire entre le plateau d'entraînement 31 et le rotor 26 est assuréeen ménageant dans une
douille 48 emmanchée à force dans le rotor 26 des alé-
sages 47 orientés axialement, dans lesquels peuvent cou-
lisser des goujons 49 du plateau d'entraînement 31.
Ces goujons assurent la transmission des efforts dans le sens de la rotation. Ils pourraient d'ailleurs faire partie du rotor 26 et pénétrer dans des alésages axiaux
ménagés dans leplateau d'entrainement 31.
A la fig.? la forme d'exécution selon la fig.5 ou 6 a été modifiée nar l'adjonction d'un ressort en cuvette (rondelle Belleville) 50 entre la zone de fond et le couvercle 42 pour renforcer le processus de débrayage ou d'embrayage. Cette rondelle Belleville pourrait d'ailleurs être remplacée par une rondelle bistable,
- 21 -
auquel cas l'embrayage se trouverait retenu de ma-
nière sûre dans ses deux positions extrêmes.
Une autre variante de l'embrayage est visible sur
la fig. 3. Dans cette variante, la membrane de déroule-
ment 41 est remplacée par une membrane plate 51. Ce type de membrane est encore meilleur que les membranes à déroulement pour résister aux sollicitations de pression alternées répétées qui se produisent dans
le cas présent.
Le dispositif selon l'invention n'est donc pas simplement un appareil de production d'une pression gazeuse; il constitue au contraire aussi, dans une forme d'exécution particulière, un suralimenteur de moteurs à combustion interne particulièrement compact et léger, pouvant combiner plusieurs fonctions, notamment une insufflation d'air secondaire dans le système des gaz d'échappement du moteur a combustion interne, sans
pour cela requérir une énergie auxiliaire particulière.
L'ensemble de l'unité de suralimentation n'exige, en fait de sources d'énergie externes, rien de plus que le faible courant électrique ou la faible manoeuvre mécanique des valves de passage 19,20 ainsi que du détendeur 11. En outre, ce dispositif travaille dans une grande mesure sans perte et a en conséquence un coefficient de rendement élevé,
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Claims (34)

REVENDICATIONS
1. Procédé de génération d'une pression gazeuse associée à un moteur à combustion interne, ce procédé
étant remarquable en ce qu'un moteur à gaz (2) entrai-
nant en permanence une pompe à gaz (3) servant à engendrer la pression gazeuse est actionné par le gaz
aspiré par le moteur à combustion interne.
2. Procédé selon la revendication 1, remarquable en ce que 1. lorsque le moteur à combustion interne tourne dans la plage de charge inférieure le moteur a gaz (2) qui commande la pompe a gaz (3) est entrainé par le gaz aspiré par le moteur à combustion interne, et en ce que 2. lorsque le moteur à combustion interne tourne dans la plage de charge supérieure 2.1 le moteur àqgaz (2) est, avec la pompe à gaz (3), accouplé à et entraliné par un disque (16) commandé par le moteur à combustion interne, tandis que 2.2 le gaz véhiculé par la pompe à gaz (3) est amené au courant gazeux qui traverse
le moteur à gaz.
3. Procédé selon la revendication 2, remarquable en ce que le gaz véhiculé Dar la pompe à gaz est, a) dans la plage de charge inférieure, envoyé en tant qu'air secondaire dans le système des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, et b) dans une plage de charge moyenne, envoyé dans un
réservoir (lb) de pression gazeuse.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, remarquable en ce qu'environ 70 à
jé de la quantité totale de gaz véhiculée par le mo-
teur a gaz et la pompe à gaz traverse ce moteur.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, remarquable en ce que le moteur a
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gaz (2) est accouplé au disque (16) à l'aide d'un
embrayage (15) a commande pneumatique.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, remarquable en ce que l'air véhiculé par la pompe à gaz (3) est, à l'aide d'une valve (8) a commande de préférence pneumatique, envoyé sélectivement à l'appareil consommateur de pression gazeuse ou dans le courant de gaz véhiculé
par le moteur à gaz (2).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, remarquable en ce que l'embrayage 9 commande pneumatique (15) et/ou la valve à commande pneumatique (8) reçoivent la pression fournie par le dispositif de génération de pression, de préférence
la pression de pointe.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes- remarquable en ce que l'embrayage pneunatique (;5) et/ou la valve à commande pneumatique (8) sont commandées à l'aide de valves de passage (19, 20).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, remarquable en ce que la quantité de gaz véhiculée par le moteur à gaz (2) est réglée à l'aide d'un détendeur (11) installé en amont ou en
aval du moteur à gaz (2) seulement.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, remarquable en ce que le couplage ou le découplage entre le moteur à gaz (2) et le disque (16) s'effectue à une position déterminée d'un levier des gaz qui règle la puissance du moteur à combustion interne.
11. Irocédé selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, remarquable en ce que le découplage entre le moteur à gaz (2) et le disque (16) est favorisé
par au moins un ressort (33).
12. Procédé selon la revendication 11, remarquable
- 24 -
en ce que le ressort (33) est antagoniste à la pression gazeuse qui actionne l'embrayage pneumatique (15). 13. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, remarquable en ce qu'il comporte un moteur à gaz (2) qui est actionné par le gaz aspiré par le moteur à combustion interne et
qui est relié à une pompe à gaz (3) qui sert à engen-
drer la pression gazeuse et est entraînée par ce moteur
a gaz.
14. Dispositif selon la revendication 13, remar-
quable en ce que a) le moteur à gaz (2) peut être couplé. un
disque (16) entraîné par le moteur à combus-
tion interne, et b) la pompe à gaz (3) comporte une tubulure de sortie des gaz (13) destinée à être reliée à
une tubulure d'admission des gaz (14) du mo-
teur à combustion interne.
15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, remarquable en ce que le moteur à gaz (2) qui actionne la pompe à gaz (3) assure un débit représentant environ
à 95 %i du débit total de ce moteur et de cette pompe.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations 13 à 15, remarquable en ce que le moteur à, gaz (2) et la pompe à gaz (3) comportent un axe de rotation
commun (7).
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations 13 à 16, remarquable en ce que le moteur à gaz (2) et la pompe à gaz (3) sont conçus sous forme d'une nompe rotative à palettes comportant deux enceintes de pompe (X,5) disposées à la suite l'une de l'autre sur
un axe de rotation (7).
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations 13 a 17, remarquable en ce qu'un embrayage à commande pneumatique (15) est installé en tête du moteur
à gaz (2).
- 25 -
19. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 13 à 18, remarquable en ce qu'une valve à commande de préférence pneumatique (8) est instalbe
à la suite de la pompe à gaz (3).
20. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 13 n 19, remarquable en ce qu'un détendeur de pression (11) est installé en tête de la pompe à
gaz (3) seulement, ou à la suite de celle-ci.
21. Dispositif selon la revendication 20, remar-
quable en ce qu'un réservoir de pression gazeuse (11b) est installé à la suite de la pompe à gaz (3)
et en tête du détendeur de pression (11).
22. Dispositif selon la revendication 20 ou 21, remarquable en ce qu'un robinet à 2 voies (11a) est
installé à la suite de la pompe à gaz (3) et du déten-
deur de pression (11).
23. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 18 à 22, remarquable en ce que des valves
de passage (19,20) sont installées en amont de l'embra-
yage pneumatique (15) et de la valve (8) installée
la suite de la pompe à gaz (3).
24k. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 18 à 23, remarquable en ce qu'un réservoir
de pression gazeuse (17) est installé en tête de l'em-
brayage pneumatique (15) et/ou de la valve (8) située
la suite de la pompe à gaz (3).
25. Dispositif selon la revendication 24, remar-
quable en ce qu'une conduite de liaison gazeuse est prévule entre le réservoir de pression gazeuse (17)
et la tubulure d'admission des gaz (14).
26. Dispositif selon la revendication 24 ou 25, remarquable en ce qu'un deuxième réservoir de pression gazeuse est installé en tête de l'embrayage pneumatique (15) et/ou de la dite valve (8) et, par rapport au
premier (17), est soumis à une pression antagoniste.
27. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 18 à 26, remarquable en ce que l'embrayage
- 26 -
pnelzmatique (15) et la dite valve (8) sont intégrés
au moteur à gaz (2) et à la pompe à gaz (3) pour eons-
tituer une unité de suralimentation (1).
28. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 13 a 27 remanquable en ce qu'il comporte
a) un plateau d'entraînement (31) monté coa-
xialement au disque (16) et pouvant coulisser axialement, ce plateau étant en liaison active avec un rotor (26) du moteur à gaz (2) et comportant un palier de butée axiale (35) muni d'un chapeau (36), b) un couvercle mobile (42) d'une enceinte (21)
soumise à une pression pneumatique et com-
portant une zone de fond (39), ce couvercle étant en liaison active avec le chapeau (36) du palier de butée axiale (35), ainsi que c) au moins un ressort (33) en liaison active
avec le plateau d'entralîlement (31).
29. Dispositif selon la revendication 28, remar-
quable en ce que dans des alésages (47) du rotor (26)
ou du Dolateau d'entraînement (31) sont engagés en direc-
tion ariale des goujons (49) solidaires du dit plateau
ou du Dit rotor.
30. Dispositif selon la revendication 28 ou 29, remarquable en ce qu'il comporte un levier (45) opérant
entre un support (43) solidaire du chapeau (36) du pa-
lier de butée axiale (35) et un support (44) solidaire
du couvercle (42).
31. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 28 à 30, remarquable en ce que le couvercle
(42) est fixé rigidement au chapeau (36).
32. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 28 a 31, remarquable en ce qu'une tubulure de raccordement de pression (40) est logée dans un
renifoncement du couvercle (42).
33. Dispositif selon 1?une quelconque des reven-
- 27 -
dications 28 à 32, remarquable en ce que le couver-
ele (42) ferme l'enceinte (21) par interposition
d'une membrane plate (51).
34. Dispositif selon l'une quelconque des reven-
dications 28 à 33, remarquable en ce que le ressort (33) exerce sur le plateau d'entraînement (31) une
force antagoniste à la pression pneumatique.
35. Dispositif selon l'une quelconque ès reven-
dications 28 à 34, remarquable en ce qu'un ressort en cuvette (50) est actif entre le couvercle (42) et
la zone de fond (39).
36. Dispositif selon la revendication 35, remar-
quable en ce que le ressort en cuvette (50) est une
rondelle à effet de ressort bistable.
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