FR2803628A1 - METHOD AND DEVICE FOR DECREASING THE RESPONSE TIME TO ACCELERATION OF SUPERCHARGED THERMAL ENGINES - Google Patents

Abstract

The supercharged 4-stroke internal combustion engine (M) comprises: a first cylinder (1) provided with an intake valve and an exhaust valve; means for controlling the opening of said exhaust valve after the opening of the intake valve during part of the intake phase of the above-mentioned cylinder; supercharging means generating boost pressure in an intake manifold (56, 1<u>a</u>) so that the boost pressure is greater than the pressure inside the first cylinder and the pressure inside the first cylinder is greater than the pressure in an exhaust manifold (57, 1<u>e</u>), said supercharging means including a main turbocharger (5); in addition to at least one second cylinder (4) connected to the same exhaust manifold (57) as the first cylinder, whereby the supercharging means include an auxiliary turbocompressor (15) and the inertia thereof is considerably lower than the inertia of the main turbocompressor (5).

Description

L'invention est relative à un procédé pour diminuer le temps de réponse à l'accélération des moteurs thermiques suralimentés, ainsi qu'à un dispositif pour diminuer le temps de réponse à l'accélération des moteurs thermiques suralimentés. The invention relates to a method for reducing the response time to acceleration of supercharged heat engines, as well as to a device for reducing the response time to acceleration of supercharged heat engines.

Actuellement, les moteurs thermiques suralimentés au moyen d'un turbocompresseur augmentant la pression d'air à l'admission, présentent un temps de réponse à l'accélération nuisant au confort de conduite. En particulier, dans le cas de moteur diesel, un manque temporaire d'air de suralimentation se produit lors de la phase d'accélération ; ce manque temporaire d'air se traduit par l'émission de bouffées de fumée noire à l'échappement, qui sont révélatrices d'une mauvaise combustion résultant de ce manque d'air. Currently, heat engines supercharged by means of a turbocharger increasing the air pressure at the intake, have a response time to acceleration that is detrimental to driving comfort. In particular, in the case of a diesel engine, a temporary lack of charge air occurs during the acceleration phase; this temporary lack of air results in the emission of puffs of black smoke at the exhaust, which are indicative of poor combustion resulting from this lack of air.

La suralimentation en air d'admission d'un moteur thermique est effectuée grâce à un turbocompresseur comprenant une turbine entraînée par les gaz d'échappement, ladite turbine entraînant un compresseur comprimant l'air d'admission pour suralimenter le moteur thermique. L'augmentation de la pression d'air à l'admission permet d'augmenter à volume constant la masse d'air introduite dans le cylindre du moteur thermique pendant la phase d'admission. Une augmentation supplémentaire de cette masse d'air admis peut être obtenue par un refroidissement de l'air circulant entre la sortie du compresseur et le collecteur d'admission d'air. A cet effet, on dispose généralement un réfrigérant d'air entre la sortie du compresseur et l'admission du moteur thermique. The intake air of a heat engine is supercharged by means of a turbocharger comprising a turbine driven by the exhaust gases, said turbine driving a compressor compressing the intake air in order to supercharge the heat engine. The increase in the air pressure at the intake makes it possible to increase at constant volume the mass of air introduced into the cylinder of the heat engine during the intake phase. A further increase in this mass of intake air can be obtained by cooling the air circulating between the outlet of the compressor and the intake air manifold. For this purpose, an air coolant is generally placed between the outlet of the compressor and the inlet of the heat engine.

La présence du temps de réponse à l'accélération est expliquée par le fait que l'énergie récupérable dans les gaz d'échappement pour actionner la turbine du turbocompresseur n'est pas disponible instantanément. En effet, lorsque le conducteur accélère, la quantité de carburant admis ou injecté est augmentée, tandis que l'air d'admission n'est pas encore comprimé pour suralimenter le moteur selon une quantité d'air correspondant à une bonne combustion de la quantité de carburant admise. L'enthalpie des gaz d'échappement n'est pas alors suffisante pour que la turbine du turbocompresseur puisse récupérer suffisamment d'énergie pour comprimer l'air d'admission. Cette phase transitoire d'accélération correspond à une combustion en mode très riche, c'est-à-dire avec un excès de carburant qui engendre ainsi, dans le cas de moteur diesel, des bouffées de fumée noire à l'échappement. The presence of the acceleration response time is explained by the fact that the energy recoverable in the exhaust gases to actuate the turbine of the turbocharger is not instantly available. Indeed, when the driver accelerates, the quantity of fuel admitted or injected is increased, while the intake air is not yet compressed to supercharge the engine with a quantity of air corresponding to a good combustion of the quantity of fuel allowed. The enthalpy of the exhaust gases is then not sufficient for the turbine of the turbocharger to be able to recover sufficient energy to compress the intake air. This transient acceleration phase corresponds to combustion in very rich mode, that is to say with an excess of fuel which thus generates, in the case of a diesel engine, puffs of black smoke at the exhaust.

Ce retard à l'accélération est suivi d'une poussée importante lors de la mise en action efficace du turbocompresseur. Pour éviter le retard à l'accélération et l'inconfort de conduite indésirable qui en résultent, il est possible d'utiliser une turbine de turbocompresseur présentant une section plus petite et ayant un temps de réponse plus court. Cependant, si la section de turbine du turbocompresseur est réduite, le turbocompresseur est alors incapable d'assurer le fonctionnement à pleine charge du moteur thermique. This delay in acceleration is followed by a significant thrust when the turbocharger is effectively activated. To avoid the delay in acceleration and the resulting unwanted driving discomfort, it is possible to use a turbocharger turbine having a smaller cross section and having a shorter response time. However, if the turbine section of the turbocharger is reduced, then the turbocharger is unable to ensure full load operation of the heat engine.

Dans certains cas particuliers, on a déjà envisagé de récupérer l'énergie des bouffées d'échappement, ou d'effectuer un post-remplissage avec stockage préalable d'air dans les conduits d'échappement. Ces systèmes se révèlent efficaces dans les zones de fonctionnement où il est possible de stocker préalablement de l'air, et permettent de remédier à l'inadéquation des champs de compresseur avec le besoin en air des moteurs alternatifs. La mise en aeuvre de ces procédés pour améliorer le fonctionnement d'un moteur thermique suralimenté et balayé avec de l'air impose de disposer d'une différence de pression positive entre l'admission et l'échappement, principalement dans les zones de très faible charge. Le document WO 95I14853 décrit un tel procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur thermique suralimenté dans lequel on effectue un post-remplissage de cylindre avec de l'air préalablement stocké dans la tubulure d'échappement. In certain particular cases, it has already been envisaged to recover the energy of the exhaust puffs, or to carry out a post-filling with prior storage of air in the exhaust ducts. These systems prove to be effective in operating areas where it is possible to store air beforehand, and make it possible to remedy the inadequacy of the compressor fields with the air requirement of reciprocating engines. The implementation of these methods to improve the operation of a supercharged heat engine and swept with air requires having a positive pressure difference between the intake and the exhaust, mainly in areas of very low charge. Document WO 95I14853 describes such a method for improving the operation of a supercharged heat engine in which a cylinder post-filling is carried out with air previously stored in the exhaust manifold.

Cependant, le procédé décrit dans le document WO 95I14853 est impossible à mettre en aeuvre avec un turbocompresseur classique dans lequel la différence de pression positive requise est inexistante dans les zones de faible charge. L'utilisation d'un tel procédé est non seulement inefficace dans le cas d'un turbocompresseur classique, mais encore le retard à l'accélération est augmenté et l'effet de poussée lors de l'apparition du couple moteur est également accru. However, the process described in document WO 95I14853 is impossible to implement with a conventional turbocharger in which the required positive pressure difference is non-existent in areas of low load. The use of such a method is not only inefficient in the case of a conventional turbocharger, but also the delay in acceleration is increased and the thrust effect at the onset of engine torque is also increased.

Un but de l'invention est de remédier aux inconvénients de la technique connue, pour améliorer le temps de réponse à l'accélération des moteurs thermiques suralimentés. Un autre but de l'invention est d'obtenir un diagramme d'accélération de moteur suralimenté analogue au diagramme d'accélération relativement linéaire des moteurs atmosphériques. An object of the invention is to remedy the drawbacks of the known technique, in order to improve the response time to acceleration of supercharged heat engines. Another object of the invention is to obtain an acceleration diagram of a supercharged engine similar to the relatively linear acceleration diagram of atmospheric engines.

Un autre but de l'invention est de fournir une quantité d'air accru à l'échappement pour diminuer la pollution des moteurs, notamment pour brûler correctement le combustible injecté, en diminuant les bouffées de fumée noire à l'échappement dans le cas des moteurs diesel, ou en brûlant les gaz d'échappement dans la canalisation d'échappement dans le cas des moteurs à allumage commandé. Another object of the invention is to supply an increased quantity of air to the exhaust in order to reduce the pollution of the engines, in particular to properly burn the injected fuel, by reducing the puffs of black smoke at the exhaust in the case of diesel engines, or by burning the exhaust gases in the exhaust line in the case of spark ignition engines.

L'invention a pour objet un procédé pour diminuer le temps de réponse à l'accélération d'un moteur thermique suralimenté au moyeu d'un turbocompresseur, dans lequel le moteur thermique est alimenté en air pendant au moins une partie de la phase d'accélération par au moins un petit turbocompresseur d'inertie notablement inférieure à l'inertie du turbocompresseur prévu pour la suralimentation normale du moteur thermique. La zone d'adaptation de ce petit turbocompresseur correspondra au débit de gaz d'échappement du moteur entre la phase de ralenti et les très bas régimes. The subject of the invention is a method for reducing the response time to acceleration of a heat engine supercharged at the hub of a turbocharger, in which the heat engine is supplied with air during at least part of the phase of. acceleration by at least one small turbocharger of inertia significantly less than the inertia of the turbocharger provided for the normal supercharging of the heat engine. The adaptation zone of this small turbocharger will correspond to the flow of exhaust gas from the engine between the idling phase and very low speeds.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - un moyen de répartition ou de calibration de débit de gaz d'échappement est prévu pour orienter une partie des gaz d'échappement pendant au moins une partie de la phase d'accélération vers l'entrée de la turbine du petit turbocompresseur, - un moyen d'orientation de débit d'air aspiré par le compresseur du petit turbocompresseur en direction de l'échappement est prévu, pour diminuer la pollution à l'échappement, - le turbocompresseur normal et le petit turbo compresseur aspirent l'air d'alimentation par une entrée commune, de préférence à travers un filtre. According to other advantageous characteristics of the invention - a means for distributing or calibrating the flow of exhaust gas is provided to direct part of the exhaust gases during at least part of the acceleration phase towards the inlet of the turbine of the small turbocharger, - a means of directing the air flow sucked by the compressor of the small turbocharger in the direction of the exhaust is provided, to reduce pollution at the exhaust, - the normal turbocharger and the small turbo compressor sucks supply air through a common inlet, preferably through a filter.

L'invention a également pour objet un dispositif pour diminuer le temps de réponse à l'accélération d'un moteur thermique suralimenté au moyen d'un turbocompresseur, comportant au moins un petit turbocompresseur de faible inertie, agencé pour alimenter le moteur thermique pendant au moins une partie de la phase d'accélération. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - le dispositif comporte, en outre, une tubulure d'admission d'air sortant du compresseur du petit turbocompresseur, munie éventuellement d'un réfrigérant et d'un moyen anti-retour tel qu'un clapet, - le dispositif comporte, en outre, une tubulure d'orientation d'un débit de gaz d'échappement vers l'entrée de la turbine du petit turbocompresseur, - le dispositif comporte, en outre, un conduit d'orientation d'un débit d'air aspiré par le compresseur du petit turbocompresseur vers l'échappement, - le dispositif peut comporter un moyen de réglage, de répartition ou de calibration d'un débit de gaz d'échappement, - le dispositif peut comporter un moyen d'orientation ou de guidage de débit d'air comprimé vers l'échappement. The subject of the invention is also a device for reducing the response time to acceleration of a heat engine supercharged by means of a turbocharger, comprising at least one small turbocharger of low inertia, arranged to supply the heat engine during the period. minus part of the acceleration phase. According to other advantageous characteristics of the invention - the device further comprises an air intake pipe leaving the compressor of the small turbocharger, optionally provided with a coolant and a non-return means such as a valve, - the device further comprises a pipe for orienting an exhaust gas flow towards the inlet of the turbine of the small turbocharger, - the device further comprises a pipe for orienting d '' a flow of air sucked by the compressor from the small turbocharger to the exhaust, - the device may include a means for adjusting, distributing or calibrating an exhaust gas flow, - the device may include a means orientation or guidance of compressed air flow to the exhaust.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un système de mise en aeuvre de l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une vue partielle d'un collecteur d'échappement faisant partie d'un dispositif selon l'invention avec coupe partielle par un plan, - la figure 3 représente schématiquement une vue partielle d'un collecteur d'échappement faisant partie d'un dispositif selon l'invention avec coupe partielle par un plan, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième système de mise en aeuvre de l'invention, - la figure 5 représente schématiquement un troisième système de mise en aeuvre de l'invention. The invention will be better understood thanks to the description which will follow, given by way of non-limiting example with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 diagrammatically represents a system for implementing the invention, - FIG. 2 schematically shows a partial view of an exhaust manifold forming part of a device according to the invention with partial section by a plane, - Figure 3 schematically shows a partial view of an exhaust manifold forming part of a device according to the invention with partial section through a plane, - Figure 4 shows schematically a second implementation system of the invention, - Figure 5 schematically shows a third implementation system of the invention.

En référence à la figure 1, un moteur thermique, par exemple un moteur thermique diesel quatre temps, est représenté schématiquement par son bloc moteur M, comportant quatre cylindres 1, 2, 3, 4, représentés schématiquement. Chaque cylindre 1 à 4 comporte au moins un conduit d'admission 1 a à 4a et au moins un conduit d'échappement le à 4e. Un turbocompresseur 5 comprenant une turbine 6 et un compresseur 7 est prévu pour comprimer l'air d'admission arrivant par le conduit 8 à travers un filtre atmosphérique non représenté. With reference to FIG. 1, a heat engine, for example a four-stroke diesel heat engine, is shown schematically by its engine block M, comprising four cylinders 1, 2, 3, 4, shown schematically. Each cylinder 1 to 4 comprises at least one intake duct 1a to 4a and at least one exhaust duct 1a to 4e. A turbocharger 5 comprising a turbine 6 and a compressor 7 is provided to compress the intake air arriving through the duct 8 through an atmospheric filter, not shown.

Avantageusement, un réfrigérant 9 est prévu pour refroidir l'air comprimé par le compresseur 7 avant son admission dans les conduits la à 4a. Advantageously, a refrigerant 9 is provided to cool the air compressed by the compressor 7 before it is admitted into the conduits 1a to 4a.

De manière connue en soi, on prévoit également que le collecteur d'échappement 10 dans lequel débouchent les conduits le à 4e, oriente une partie des gaz d'échappement dans un conduit 11 pour entraîner la turbine 6 du turbocompresseur 5. Les gaz d'échappement détendus à travers la turbine 6 sont ensuite orientés par la sortie 12 de turbine vers le pot d'échappement 13, comportant une sortie 14 vers l'atmosphère. In a manner known per se, provision is also made for the exhaust manifold 10 into which the conduits 1a to 4e open, directs part of the exhaust gases into a conduit 11 to drive the turbine 6 of the turbocharger 5. The gases from exhaust expanded through the turbine 6 are then directed through the turbine outlet 12 towards the exhaust 13, comprising an outlet 14 to the atmosphere.

Selon l'invention, on dispose un deuxième turbocompresseur 15 en dérivation sur les circuits d'admission d'échappement du moteur thermique. According to the invention, there is a second turbocharger 15 in bypass on the exhaust intake circuits of the heat engine.

Le turbocompresseur supplémentaire 15 est de taille très inférieure au turbocompresseur 5 et comporte une turbine 16 apte à être entraînée par des gaz d'échappement et un compresseur 17 apte à comprimer l'air d'alimentation. The additional turbocharger 15 is much smaller in size than the turbocharger 5 and comprises a turbine 16 capable of being driven by exhaust gases and a compressor 17 capable of compressing the supply air.

Le rapport des dimensions entre les turbocompresseurs est, de préférence, choisi le plus grand possible : à titre d'exemple, le turbocompresseur 15 pourra être un turbocompresseur adapté en régime normal pour un moteur de 0,5 litre de cylindrée, tandis que le turbocompresseur 5 est un turbocompresseur prévu pour le moteur M qui présente, par exemple, deux litres de cylindrée. The ratio of the dimensions between the turbochargers is preferably chosen as large as possible: by way of example, the turbocharger 15 may be a turbocharger suitable in normal speed for an engine of 0.5 liter displacement, while the turbocharger 5 is a turbocharger provided for the engine M which has, for example, two liters of displacement.

Pour éviter tout risque de centrifugation du petit turbocompresseur 15, on prévoit avantageusement de munir ce petit turbocompresseur 15 d'une soupape (non représentée) de décharge des gaz d'échappement dite "waste gate", selon la technique connue. To avoid any risk of centrifugation of the small turbocharger 15, provision is made to provide this small turbocharger 15 with a valve (not shown) for discharging the so-called “waste gate” exhaust gases, according to the known technique.

On prévoit également, de manière avantageuse, sur le circuit 18 de suralimentation en sortie du compresseur 17, un petit réfrigérant 19 pour refroidir l'air d'alimentation comprimé par la turbine 17. Les réfrigérants 9 et 19 peuvent être identiques, ou de capacité voisine, de manière à réduire le nombre de composants du dispositif selon l'invention. There is also advantageously provided on the supercharging circuit 18 at the outlet of the compressor 17, a small refrigerant 19 for cooling the supply air compressed by the turbine 17. The refrigerants 9 and 19 can be identical, or of capacity. neighbor, so as to reduce the number of components of the device according to the invention.

Par mesure de sécurité, on prévoit également un clapet anti-retour 20 du côté de l'admission, de manière à éviter une circulation à contre-courant dans le conduit 18. La répartition des débits d'échappement sortant par le collecteur d'échappement 10 est effectuée entre les conduits 11 d'échappement et d'entrée de la turbine 6, et le conduit 21 d'échappement et d'entrée de la turbine 16 par une soupape 22 de répartition des débits. As a safety measure, a non-return valve 20 is also provided on the intake side, so as to avoid countercurrent circulation in the duct 18. The distribution of the exhaust flows leaving through the exhaust manifold 10 is made between the exhaust and inlet ducts 11 of the turbine 6, and the exhaust and inlet duct 21 of the turbine 16 by a flow-distribution valve 22.

De manière avantageuse, le conduit 18, en aval du compresseur 17, peut également comporter une soupape 23 d'orientation destinée à orienter l'air ou une partie de l'air aspiré par le compresseur 17 directement vers l'échappement 13 par une tubulure 24. Advantageously, the duct 18, downstream of the compressor 17, may also include an orientation valve 23 intended to direct the air or part of the air drawn in by the compressor 17 directly towards the exhaust 13 via a pipe. 24.

Le fonctionnement du dispositif est le suivant : au démarrage, et en phase d'accélération, l'air passant par la tubulure d'admission 18 est comprimé par le compresseur 17 du turbocompresseur 15 à très faible temps de réponse, est refroidi par le réfrigérant 19 et passe le clapet anti-retour taré à une pression faible inférieure à la pression de compression du compresseur 17, pour alimenter les cylindres 1 à 4 du moteur M. En raison de la faible inertie du turbocompresseur 15 et de l'énergie disponible dans les gaz d'échappement du ralenti aux faibles régimes, aucun temps de réponse notable à l'accélération n'est perceptible par le conducteur. The operation of the device is as follows: at start-up, and in the acceleration phase, the air passing through the intake manifold 18 is compressed by the compressor 17 of the turbocharger 15 at very low response time, is cooled by the refrigerant 19 and passes the non-return valve calibrated to a low pressure lower than the compression pressure of the compressor 17, to supply the cylinders 1 to 4 of the engine M. Due to the low inertia of the turbocharger 15 and the energy available in exhaust gases from idle to low revs, no noticeable response time to acceleration is noticeable to the driver.

Dans les zones de plus forte charge, l' enthalpie des gaz d'échappement est suffisante pour entraîner non seulement la petite turbine 16 du petit turbocompresseur 15, mais également la turbine 6 du turbocompresseur "normal" 5, car celui-ci dispose d'une "waste gate" limitant la pression de suralimentation et n'utilisant donc pas toute l'énergie contenue dans les gaz d'échappement. La soupape 22 module, par conséquent, le débit d'échappement envoyé par le conduit 11 dans la turbine 6 en étant commandée par un moyen de commande 25 mécanique, électronique, hydraulique ou électrique. Dès que le régime de fonctionnement normal du turbocompresseur 5 est atteint, il est possible d'envoyer, en agissant sur la soupape de répartition 23, une partie de l'air d'admission par le conduit 24 directement dans l'échappement 13. In the areas of higher load, the enthalpy of the exhaust gases is sufficient to drive not only the small turbine 16 of the small turbocharger 15, but also the turbine 6 of the "normal" turbocharger 5, because the latter has a "waste gate" limiting the boost pressure and therefore not using all the energy contained in the exhaust gases. The valve 22 therefore modulates the exhaust flow sent through the conduit 11 into the turbine 6 by being controlled by mechanical, electronic, hydraulic or electrical control means. As soon as the normal operating speed of the turbocharger 5 is reached, it is possible to send, by acting on the distribution valve 23, part of the intake air through the duct 24 directly into the exhaust 13.

A régime élevé, le petit turbocompresseur 15 agit ainsi comme générateur d'air envoyé directement à l'échappement, en permettant ainsi de diminuer les pollutions à l'échappement. At high speed, the small turbocharger 15 thus acts as an air generator sent directly to the exhaust, thus making it possible to reduce pollution in the exhaust.

En effet, pour les moteurs à allumage commandé, l'appoint d'air provenant du conduit 24 permet de brûler les hydrocarbures imbrûlés dans l'échappement 13, de manière connue en soi, ce qui diminue les émissions polluantes. Pour des moteurs thermiques diesel, ou des moteurs à allumage par compression équivalents, l'appoint d'air supplémentaire permet une dilution des gaz d'échappement, de manière également connue, ce qui contribue également à diminuer la pollution. In fact, for spark ignition engines, the air supply coming from the duct 24 makes it possible to burn the unburnt hydrocarbons in the exhaust 13, in a manner known per se, which reduces polluting emissions. For diesel heat engines, or equivalent compression ignition engines, the additional air supply allows dilution of the exhaust gases, in a manner also known, which also contributes to reducing pollution.

Dans le cas d'utilisation du dispositif selon l'invention combiné avec le procédé pour améliorer le fonctionnement d'un moteur thermique suralimenté et balayé avec de l'air, décrit dans le document WO 95/14853, l'ajout du petit turbocompresseur 15 permet de créer, dans les zones du ralenti aux faibles charges et régimes, la différence de pression entre le collecteur d'admission et le collecteur d'échappement, nécessaire au transfert d'air frais dans le collecteur d'échappement pour post-remplir ensuite le cylindre en utilisant l'énergie de la bouffée d'échappement d'un autre cylindre. De cette façon, l'avantage d'augmentation de couple à bas régime décrit dans le document WO 95/14853 peut être réel dès le ralenti et effacer le "trou" à l'accélération suivi d'un effet "coup de pied" ensuite. Le temps de réponse général du moteur thermique suralimenté est donc diminué. In the case of using the device according to the invention combined with the method for improving the operation of a heat engine supercharged and swept with air, described in document WO 95/14853, the addition of the small turbocharger 15 makes it possible to create, in areas of idle speed at low loads and speeds, the pressure difference between the intake manifold and the exhaust manifold, necessary for the transfer of fresh air into the exhaust manifold for subsequent post-filling the cylinder using the energy of the exhaust puff from another cylinder. In this way, the advantage of increasing torque at low speed described in document WO 95/14853 can be real from idling and erase the "hole" on acceleration followed by a "kick" effect thereafter. . The general response time of the supercharged heat engine is therefore reduced.

L'invention couvre, par conséquent, également toutes combinaisons du dispositif décrit à la figure 1 avec les dispositions décrites dans le document WO 95/14853, dont le contenu est considéré comme incorporé par référence à la présente demande. The invention therefore also covers all combinations of the device described in FIG. 1 with the arrangements described in document WO 95/14853, the content of which is considered to be incorporated by reference into the present application.

En référence â la figure 2, un collecteur d'échappement 10 présenté en section partielle comporte un conduit 11 canalisant les gaz d'échappement vers l'entrée d'une turbine 6, d'un turbocompresseur 5 "normal" et comporte également une tubulure 21 de canalisation des gaz d'échappement vers l'entrée d'une turbine 16 d'un "petit" turbocompresseur 15. La répartition des débits de gaz d'échappement entre les conduits 11 et 21 est effectuée par une soupape 22 de modulation de débit, munie d'un moyen de commande 25. La soupape 22 est analogue à une soupape de commande de recirculation de gaz d'échappement de type connu, notamment d'après le document FR 2 744 491. With reference to FIG. 2, an exhaust manifold 10 shown in partial section comprises a duct 11 channeling the exhaust gases towards the inlet of a turbine 6, of a "normal" turbocharger 5 and also comprises a pipe. 21 for channeling the exhaust gases to the inlet of a turbine 16 of a "small" turbocharger 15. The distribution of the exhaust gas flows between the ducts 11 and 21 is effected by a valve 22 for modulating flow, provided with a control means 25. The valve 22 is similar to an exhaust gas recirculation control valve of known type, in particular from document FR 2 744 491.

Dans ce document FR 2 744 491, un système de recyclage de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne comprend un premier turbocompresseur à gaz d'échappement et un turbocompresseur à gaz d'échappement supplémentaire. Cependant, cette disposition diffère entièrement de la présente invention, car le turbocompresseur supplémentaire du document FR 2 744 491 est destiné à comprimer une quantité de gaz d'échappement en vue de son recyclage, et ne sert pas à comprimer l'air d'alimentation, comme cela est prévu dans la présente invention pour diminuer le temps de réponse à l'accélération. In this document FR 2 744 491, an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine comprises a first exhaust gas turbocharger and an additional exhaust gas turbocharger. However, this arrangement differs entirely from the present invention, since the additional turbocharger of document FR 2 744 491 is intended to compress a quantity of exhaust gas with a view to its recycling, and is not used to compress the supply air. , as provided in the present invention to decrease the response time to acceleration.

En référence à la figure 3, un autre collecteur 30 de gaz d'échappement représenté en coupe partielle comporte un conduit 31 et un conduit 32. Le conduit 31 canalise des gaz d'échappement vers une turbine 6 d'un turbocompresseur "normal" 5, tandis que le conduit 32 canalise une quantité de gaz d'échappement vers l'entrée d'une turbine 16 d'un "petit" turbocompresseur 15. With reference to FIG. 3, another exhaust gas manifold 30 shown in partial section comprises a duct 31 and a duct 32. The duct 31 channels exhaust gases towards a turbine 6 of a “normal” turbocharger 5. , while the duct 32 channels a quantity of exhaust gas towards the inlet of a turbine 16 of a "small" turbocharger 15.

La répartition des débits entre les conduits 31 et 32 est effectuée par un clapet de modulation de débit 33 commandé par un organe de commande non représenté. Le clapet 33 est un clapet analogue au clapet de type connu, intégré au carter de turbine des turbocompresseurs pour éviter de dépasser une pression limite de suralimentation d'air. Ces clapets de type connu sous l'appellation "waste-gate" ont pour fonction dans les turbocompresseurs de type connu de diminuer le débit de gaz d'échappement entraînant la turbine du turbocompresseur, lorsque la pression de suralimentation a atteint sa valeur maximale. The distribution of the flow rates between the conduits 31 and 32 is effected by a flow modulation valve 33 controlled by a control member, not shown. The valve 33 is a valve similar to the valve of known type, integrated into the turbine housing of the turbochargers to avoid exceeding a limit pressure for supercharging air. These valves of the type known under the name "waste-gate" have the function in turbochargers of known type of reducing the flow of exhaust gas driving the turbine of the turbocharger, when the boost pressure has reached its maximum value.

Sur la figure 3, le clapet 33 est représenté dans ses positions extrêmes : une position de fermeture du conduit 32 représentée en trait plein et une position d'ouverture totale du conduit 32 représentée en traits pointillés. In FIG. 3, the valve 33 is shown in its extreme positions: a closed position of the duct 32 shown in solid lines and a fully open position of the duct 32 shown in dotted lines.

En référence à la figure 4, un deuxième mode de réalisation de l'invention comporte des éléments identiques ou fonctionnellement équivalents aux éléments de la figure 1 et repérés par des figures de référence identiques aux chiffres de la figure 1. Referring to Figure 4, a second embodiment of the invention comprises elements identical or functionally equivalent to the elements of Figure 1 and identified by reference figures identical to the figures of Figure 1.

Un moteur M à quatre cylindres 1, 2, 3, 4, alimenté par des tubulures la, 2a, 3a et 4a, est associé, de manière connue en soi, à un turbocompresseur 5 comprimant l'air d'admission à travers un réfrigérant 9 pour alimenter le moteur M. Les gaz d'échappement sortant des cylindres 1 à 4 par les conduits<U>le,</U> 2e, 3e, 4e, sont canalisés, au moins pour partie, à travers le conduit 11 pour entraîner la turbine 6 du turbocompresseur 5 et partent ensuite à l'échappement 13 et à l'atmosphère par la sortie d'échappement 14. Dans ce mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte également un petit turbocompresseur 15 pour comprimer l'air d'admission en phase d'accélération à travers le conduit 18, le réfrigérant 19 et à l'encontre du clapet anti-retour 20 pour alimenter les cylindres 1 à 4 par les conduits 1 a à 4a. Une partie des gaz d'échappement est, au moins pendant la phase d'accélération, canalisée par un conduit 21 vers l'entrée de la turbine 16 du petit turbocompresseur 15 pour sortir ensuite par le conduit 21 vers l'échappement 13, et par la sortie d'échappement 14. A four-cylinder M engine 1, 2, 3, 4, supplied by pipes 1a, 2a, 3a and 4a, is associated, in a manner known per se, with a turbocharger 5 compressing the intake air through a coolant. 9 to supply the engine M. The exhaust gases leaving cylinders 1 to 4 through the ducts <U> le, </U> 2e, 3e, 4e, are channeled, at least in part, through the duct 11 to drive the turbine 6 of the turbocharger 5 and then leave to the exhaust 13 and to the atmosphere through the exhaust outlet 14. In this embodiment, the device according to the invention also comprises a small turbocharger 15 for compressing the intake air in the acceleration phase through the duct 18, the coolant 19 and against the non-return valve 20 to supply the cylinders 1 to 4 via the ducts 1 a to 4a. Part of the exhaust gas is, at least during the acceleration phase, channeled through a duct 21 to the inlet of the turbine 16 of the small turbocharger 15 to then exit through the duct 21 to the exhaust 13, and through the exhaust outlet 14.

Dans ce mode de réalisation, la soupape 22 de modulation de débit de la figure 1 est remplacée par un organe 34 de calibration de débit, par exemple une tuyère, un orifice calibré ou tout autre moyen comportant une section calibrée permettant un passage permanent d'un débit limité de gaz d'échappement. La section de passage du moyen 34 de calibration de débit est prédéterminée pour obtenir, dés le début de la phase d'accélération, un passage suffisant de gaz d'échappement à travers le conduit 21 pour assurer le bon fonctionnement du "petit" turbocompresseur 15. Ce débit prédéterminé pour démarrer, sans temps de réponse notable, la turbine 16 du petit turbocompresseur 15 est de l'ordre du quart du débit passant par le conduit 11 d'entrée de la turbine 6 du turbocompresseur "normal" 5. En effet, lorsque le turbocompresseur "normal" 5 n'est pas dans sa plage de fonctionnement efficace, la turbine 6 provoque une perte de charge supplémentaire qui a pour résultat d'envoyer une plus grande quantité de gaz d'échappement par le conduit 21 que la quantité "normale" passant par le conduit 21 lorsque le turbocompresseur 5 fonctionne à plein régime. In this embodiment, the flow modulation valve 22 of FIG. 1 is replaced by a flow calibration member 34, for example a nozzle, a calibrated orifice or any other means comprising a calibrated section allowing a permanent passage of a limited flow of exhaust gas. The passage section of the flow calibration means 34 is predetermined to obtain, from the start of the acceleration phase, a sufficient passage of exhaust gas through the duct 21 to ensure the correct operation of the "small" turbocharger 15. This predetermined flow rate for starting, without appreciable response time, the turbine 16 of the small turbocharger 15 is of the order of a quarter of the flow passing through the inlet duct 11 of the turbine 6 of the “normal” turbocharger 5. In fact , when the "normal" turbocharger 5 is not in its effective operating range, the turbine 6 causes an additional pressure drop which results in sending a greater quantity of exhaust gas through the duct 21 than the exhaust gas. "normal" quantity passing through duct 21 when the turbocharger 5 is operating at full speed.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est analogue au fonctionnement du dispositif décrit en référence à la figure 1. Lorsque le turbocompresseur 5 atteint son plein régime, un moyen de commande 25 mécanique, électrique, électronique ou hydraulique, permet de commander une vanne d'orientation 23, pour envoyer une quantité progressivement plus grande d'air aspiré par le compresseur 17 par la tubulure 24 dans l'échappement 13, afin de réduire les pollutions à l'échappement. The operation of the device of FIG. 4 is analogous to the operation of the device described with reference to FIG. 1. When the turbocharger 5 reaches its full speed, a mechanical, electrical, electronic or hydraulic control means makes it possible to control a valve d. 'Orientation 23, to send a progressively larger quantity of air sucked by the compressor 17 through the pipe 24 into the exhaust 13, in order to reduce pollution at the exhaust.

En référence â la figure 5, un troisième mode de réalisation de l'invention comporte des éléments identiques ou fonctionnellement équivalents aux éléments des figures 1 à 4, repérés par des chiffres de référence identiques. Referring to Figure 5, a third embodiment of the invention comprises elements identical or functionally equivalent to the elements of Figures 1 to 4, identified by identical reference numerals.

Un moteur M à quatre cylindres 1, 2, 3, 4, alimenté par des tubulures la, 2a, 3a et 4a, est associé, de manière connue en soi, à un turbocompresseur 5 comprimant l'air d'admission à travers un réfrigérant 9 pour alimenter le moteur M. Les gaz d'échappement sortant des cylindres 1 à 4 par les conduits 1 e, 2e, 3e, 4e, sont canalisés, au moins pour partie, à travers le conduit 11 pour entraîner la turbine 6 du turbocompresseur 5 et partent ensuite à l'échappement 13 et à l'atmosphère par la sortie d'échappement 14. Dans ce mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte également un petit turbocompresseur 15 pour comprimer l'air d'admission en phase d'accélération à travers le conduit 18, le réfrigérant 19 et à l'encontre du clapet anti-retour 20 pour alimenter les cylindres 1 à 4 par les conduits 1 a à 4a. Une partie des gaz d'échappement est, au moins pendant la phase d'accélération, canalisée par un conduit 21 vers l'entrée de la turbine 16 du petit turbocompresseur 15 pour sortir ensuite par le conduit 21 vers l'échappement 13, et par la sortie d'échappement 14. A four-cylinder M engine 1, 2, 3, 4, supplied by pipes 1a, 2a, 3a and 4a, is associated, in a manner known per se, with a turbocharger 5 compressing the intake air through a coolant. 9 to supply the engine M. The exhaust gases leaving the cylinders 1 to 4 through the ducts 1 e, 2e, 3e, 4e, are channeled, at least in part, through the duct 11 to drive the turbine 6 of the turbocharger 5 and then go to the exhaust 13 and to the atmosphere through the exhaust outlet 14. In this embodiment, the device according to the invention also comprises a small turbocharger 15 for compressing the intake air in phase. acceleration through line 18, coolant 19 and against non-return valve 20 to supply cylinders 1 to 4 through lines 1 a to 4a. Part of the exhaust gas is, at least during the acceleration phase, channeled through a duct 21 to the inlet of the turbine 16 of the small turbocharger 15 to then exit through the duct 21 to the exhaust 13, and through the exhaust outlet 14.

Ce troisième mode de réalisation de l'invention comporte un moyen 34 de calibration de débit analogue ou identique au moyen de calibration 34 décrit en référence à la figure 4. This third embodiment of the invention comprises a flow rate calibration means 34 similar or identical to the calibration means 34 described with reference to FIG. 4.

Les vannes 23 de répartition de débit décrites en référence aux figures 1 et 4 ont été supprimées, tandis qu'un clapet 35 taré sous pression d'un ressort 36 ou d'un moyen de tarage de pression équivalent, a été disposé sur la tubulure 24 d'orientation d'air frais vers l'échappement 13. The flow distribution valves 23 described with reference to FIGS. 1 and 4 have been omitted, while a valve 35 calibrated under pressure by a spring 36 or an equivalent pressure calibrating means, has been placed on the pipe. 24 directing fresh air to the exhaust 13.

Le fonctionnement de ce troisième mode de réalisation est, en phase d'accélération, similaire au fonctionnement des dispositifs décrits en référence aux figures 1 et 4. The operation of this third embodiment is, in the acceleration phase, similar to the operation of the devices described with reference to FIGS. 1 and 4.

Ainsi, à l'accélération, le débit d'air admis par la tubulure 18 est comprimé par le compresseur 17 pour alimenter les cylindres 1 à 4 du moteur M. Cependant, dès que le turbocompresseur "normal" 5 monte en charge, l'air comprimé par le compresseur et refroidi par le réfrigérant 9 bloque le clapet d'admission 20, de sorte que l'air comprimé par la turbine 17 du turbocompresseur 15 est guidé dans le conduit 24 à l'encontre du clapet 35 taré par le ressort 36. Dès que la pression de l'air comprimé par le compresseur 17 est supérieure à la pression de tarage du clapet 35, l'air comprimé passe dans le conduit 24 à travers le clapet 35 dans l'échappement 13, de manière à réduire les pollutions à l'échappement. Cette réduction de pollution s'effectue pour les moteurs à allumage commandé en brûlant les hydrocarbures des gaz d'échappement, et pour les moteurs à allumage par compression, tels que les moteurs diesel, par dilution des gaz d'échappement. Thus, on acceleration, the flow of air admitted through the pipe 18 is compressed by the compressor 17 to supply the cylinders 1 to 4 of the engine M. However, as soon as the "normal" turbocharger 5 increases in load, the air compressed by the compressor and cooled by the refrigerant 9 blocks the intake valve 20, so that the air compressed by the turbine 17 of the turbocharger 15 is guided into the duct 24 against the valve 35 calibrated by the spring 36. As soon as the pressure of the air compressed by the compressor 17 is greater than the setting pressure of the valve 35, the compressed air passes into the duct 24 through the valve 35 in the exhaust 13, so as to reduce exhaust pollution. This pollution reduction is effected for spark ignition engines by burning the hydrocarbons in the exhaust gases, and for compression ignition engines, such as diesel engines, by dilution of the exhaust gases.

L'invention décrite en référence à plusieurs modes de réalisation particuliers n'y est nullement limitée, et couvre, au contraire, toute modification de forme et toute variante de réalisation, dans le cadre et l'esprit de l'invention, l'essentiel étant d'employer un "petit" turbocompresseur pour diminuer le temps de réponse à l'accélération du moteur thermique suralimenté par ce "petit" turbocompresseur en phase d'accélération, ou pour diminuer la pollution par ajout d'air à l'échappement, ou d'utiliser ce "petit" turbocompresseur pour pallier aux lacunes du procédé décrit dans le document WO 95/14853.The invention described with reference to several particular embodiments is in no way limited thereto, and covers, on the contrary, any modification of form and any variant embodiment, within the scope and spirit of the invention, the essentials. being to use a "small" turbocharger to reduce the response time to acceleration of the heat engine supercharged by this "small" turbocharger in the acceleration phase, or to reduce pollution by adding air to the exhaust, or to use this "small" turbocharger to overcome the shortcomings of the process described in document WO 95/14853.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour diminuer le temps de réponse à l'accélération d'un moteur thermique (M) suralimenté au moyeu d'un turbocompresseur (5), caractérisé par le fait que le moteur thermique (M) est alimenté en air pendant au moins une partie de la phase d'accélération par au moins un petit turbocompresseur (15) d'inertie notablement inférieure à l'inertie du turbocompresseur (5) prévu pour la suralimentation normale du moteur thermique (M).1. Method for reducing the response time to acceleration of a heat engine (M) supercharged at the hub of a turbocharger (5), characterized in that the heat engine (M) is supplied with air for at least part of the acceleration phase by at least one small turbocharger (15) of inertia significantly less than the inertia of the turbocharger (5) provided for the normal supercharging of the heat engine (M). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un moyen de répartition (22) ou de calibration (34) de débit de gaz d'échappement est prévu pour orienter une partie des gaz d'échappement pendant au moins une partie de la phase d'accélération vers l'entrée de la turbine (16) du petit turbocompresseur (15).2. Method according to claim 1, characterized in that a distribution means (22) or calibration (34) of the exhaust gas flow is provided to direct a part of the exhaust gas for at least a part. from the acceleration phase to the inlet of the turbine (16) of the small turbocharger (15). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un moyen d'orientation (23) de débit d'air aspiré par le compresseur (17) du petit turbocompresseur (15) en direction (24) de l'échappement (13, 14) est prévu, pour diminuer la pollution à l'échappement (14).3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that an orientation means (23) of the air flow sucked by the compressor (17) of the small turbocharger (15) in the direction (24) of the exhaust (13, 14) is provided to reduce pollution at the exhaust (14). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1e turbocompresseur normal (5) et le petit turbocompresseur (15) aspirent l'air d'alimentation par une entrée (8) commune, de préférence à travers un filtre.4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the normal turbocharger (5) and the small turbocharger (15) suck the supply air through a common inlet (8), preferably through a filtered. 5. Dispositif pour diminuer le temps de réponse à l'accélération d'un moteur thermique (M) suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (5), comportant au moins un petit turbocompresseur (15) de faible inertie, agencé pour alimenter le moteur thermique (M) pendant au moins une partie de la phase d'accélération.5. Device for reducing the response time to acceleration of a heat engine (M) supercharged by means of a turbocharger (5), comprising at least one small turbocharger (15) of low inertia, arranged to supply the engine. thermal (M) during at least part of the acceleration phase. 6. Dispositif selon la revendication 5, comportant, en outre, une tubulure d'admission d'air (18) sortant du compresseur (17) du petit turbocompresseur (15), munie éventuellement d'un réfrigérant (19) et d'un moyen anti-retour tel qu'un clapet (20).6. Device according to claim 5, further comprising an air intake pipe (18) leaving the compressor (17) of the small turbocharger (15), optionally provided with a coolant (19) and a non-return means such as a valve (20). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, comportant, en outre, une tubulure (21) d'orientation d'un débit de gaz d'échappement vers l'entrée de la turbine (16) du petit turbocompresseur (15).7. Device according to claim 5 or claim 6, further comprising a pipe (21) for directing an exhaust gas flow towards the inlet of the turbine (16) of the small turbocharger (15). . 8. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, comportant, en outre, un conduit (24) d'orientation d'un débit d'air aspiré par le compresseur du petit turbocompresseur vers l'échappement (13-14).8. Device according to claim 5 or claim 6, further comprising a duct (24) for directing a flow of air drawn in by the compressor from the small turbocharger to the exhaust (13-14). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, comportant, en outre, un moyen de réglage (22), de répartition ou de calibration (34) d'un débit de gaz d'échappement.9. Device according to any one of claims 5 to 8, further comprising means for adjusting (22), distributing or calibrating (34) an exhaust gas flow rate. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, comportant, en outre, un moyen d'orientation (23) ou de guidage (34) de débit d'air comprimé vers l'échappement (13, 14).10. Device according to any one of claims 5 to 9, further comprising a orientation means (23) or guide (34) of compressed air flow to the exhaust (13, 14).