Brevet FR2248757A1 — publié le 19750516

2248757. La présente invention a pour objet, d'une manière générale, un procédé de régulation permettant de limiter la température d'un fluide à une valeur supérieure prédéterminée ; elle vise en outre les dispositifs pour la mise en oeuvre de ee procédé. Un objet plus spécifique de la présente invention consiste en l'application desdits procédés et dispositifs à la limitation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne en-dessousd'une valeur limite supérieure prédéterminée et jugée anormale ; cette application vise tout aussi bien les moteurs à explosion que les moteurs ■type Diesel et, dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne l'application desdits procédés et des dispositifs à un moteur à combustion interne à injection de combustible, type Diesel. Dans certains cas, par exemple lorsqu'une locomotive Diesel traverse un tunnel, le moteur aspire de l'air "brûlé se trouvant à une température plus élevée que dans le cas d'un trajet à l'air libre, de sorte qu'il se produit une élévation anormale de la température des gaz d'échappement, avec risque concomitant de détérioration d'organes du moteur. On conçoit donc qu'il est intéressant de disposer d'un moyen efficace et sûr pour limiter la température d'échappement à sa valeur maximale admissible et ce, quelque soit la cause de l'élévation anormale de la température d * échappement. Le procédé de la présente invention permet de résoudre l'inconvénient précité. Ce procédé est du type comportant la détection de la température du fluide et la commande d'un servo-moteur asservi à cette température et agissant sur un organe de réglage d'un paramètre conditionnant ladite température et il est caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la détection de telle sorte que l'on obtienne un déplacement d'un élément mobile par dilatation d'un liquide amené à une température variant dans le même sens que la température détectée et à transmettre ledit déplacement, par un circuit 2248757 hydraulique-relais, à un vérin hydraulique constituant ledit servo-moteur. le dispositif de régulation de sécurité pour la mise en oeuvre de ce procédé est du type comprenant un organe directeur formant capteur ou détecteur mesurant la température du fluide et commandant un sérvo-moteur asservi à cette température et agissant sur un organe de réglage d'un paramètre conditionnant ladite température, ce dispositif étant caractérisé en ce que : — ledit organe directeur est un dilatomètre formé par une capacité remplie d'un liquide à point d'ébullition et à coefficient de dilatation élevé, ladite capacité comprenant un réservoir et une tubulure montée en dérivation sur ledit réservoir et dont une partie est située au sein du fluide dont la température est à mesurer, ledit organe directeur comprenant un élément, formant vérin, déplaçable sous l'action de la dilatation du fluide ; — il comprend tua circuit hydraulique-relais relié d'une part à ce dilatomètre et d'autre part audit servomoteur ; — ledit servo-moteur comprend tin vérin hydraulique dont l'élément mobile est actionné par ledit circuit hydraulique-relais et agit sur l'organe de réglage précité. Selon une caractéristique de la présente invention, la tubulure précitée fait communiquer entre elles la partie inférieure et la partie supérieure du réservoir précité, de telle sorte qu'il s'établisse par un effet de thermosiphon une circulation de liquide dans ladite capacité et que la température dudit liquide suive le plus étroitement possible les variations de la température dudit fluide. Selon une autre caractéristique de l'invention, les vérins précités sont du type à déplacement rectiligne ; en d'*autres termes l'élément déplaçable du dilatomètre est constitué par un piston, de mime que l'élément mobile du vérin hydraulique du servo-moteur. Conformément à une réalisation particulièrement avantageuse, le circuit hydraulique-relais précité 3 2248757 constitue un circuit d'amplification de déplacement, ce qui est obtenu en donnant au piston du dilatomètre ou piston amont une plus forte section transversale qu'au piston du vérin du servo-moteur ou piston aval. 5 Lorsqu'on applique la présente invention à la régulation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne, on place le réservoir précité à l'extérieur du conduit d'échappement et à proximité immédiate de celui-ci, en disposant la tubulure de dérivation 10 de telle sorte que la partie de celle-ci qui doit détecter la température du fluide soit située à l'intérieur du conduit d'échappement, et on relie l'organe de réglage du servo-moteur aux moyens de commande du débit de combustible amené au moteur, de telle sorte que ce débit soit réduit 15 dès que la température d'échappement tend à dépasser la valeur prédéterminée jugée anormale. On remarquera que cette diminution du débit de combustible est obtenu, dans le cas de la présente invention, indépendamment de la volonté du conducteur du moteur et qu'elle 20 peut même éventuellement s'effectuer contre la volonté de celui-ci. Ainsi, dans le cas d'une élévation anormale de la température d'échappement du moteur, on dispose d'un moyen permettant de diminuer automatiquement la quantité de 25 combustible amenée au moteur de façon à faire décroître la température jusqu'à une valeur normale et ce, sans intervention du conducteur du moteur. - un circuit hydraulique-relais d'amplification de déplacement dont 1'une des extrémités est fermée par le 30 piston précité, ci-après nommé piston amont, et dont l'autre extrémité est fermée par un autre piston, de plus faible section, ci-après dénommé piston aval, de telle sorte que ce dernier subisse un grand déplacement lorsque le piston amont subit un petit déplacement sous action de la dilatation 35 du liquide de la capacité précitée ; et - des moyens mécaniques de transmission du déplacement du piston aval précité aux moyens de commande de débit de 4 2248757 combustible amené au moteur. Un dispositif du type précité permet d'obtenir : - un effort important pour actionner les moyens de commande de débit de combustible amené au moteur, quelle que soit la puissance de celui-ci ; dans le cas d'un gros moteur Diesel, cet effort devra pouvoir atteindre plusieurs dizaines de kilogrammes afin de pouvoir agir sur les crémaillères des pompes d'injection afin de déplacer celles-ci malgré la résistance des moyens d'accouplement élastique et éventuellement contre la volonté du conducteur du moteur ; - un déplacement assez grand du piston aval, par exemple de l'ordre de 50mm, ce qui assure une bonne sensibilité ; - un minimum de jeux mécaniques, ce qui élimine la nécessité d'une amplification du déplacement au moyen d'un levier ; - une insensibilité aux vibrations ; - une constante de temps de valeur moyenne, laquelle est éventuellement réglable, de façon à éviter des oscillations. Selon une caractéristique de la présente invention, le réglage de la constante de temps peut être obtenu en prévoyant un robinet ou vanne de réglage du débit d'écoulement du liquide précité dans la tubulure mentionnée plus haut ; par ailleurs, on pourra éventuellement modifier cette constante de temps, d'un moteur à -un autre, en utilisant dés tubulures de sections différentes sur les différents moteurs ; on pourra aussi, sur un moteur déterminé prévoir éventuellement le remplacement d'une tubulure par une autre de section différente, ou de profondeur d'immersion différente. le liquide de la capacité formant le dilatomètre doit avoir -un point d'ébullition élevé et un coefficient de dilatation aussi élevé que possible, la glycérine pure étant particulièrement adaptée à cet usage, en raison du fait qu'elle remplit non seulement les conditions précitées, mais aussi par le fait qu'elle est chimiquement neutre dans les conditions d'utilisation de l'invention. 5 ; 2248757 En mettant en oeuvre un liquide présentant ces caractéristiques, un déplacement d'amplitude maximale du piston amont peut être obtenu, par suite de l'échauffement du liquide contenu dans la partie de tubulure située à 5 l'intérieur du conduit d'échappement et en raison de la circulation subséquente qui s'établit, par effet de thermosiphon à travers le réservoir du dilatomètre, dans des conditions telles qu'il s'établit, au bout d'un certain temps, un état d'équilibre thermique pour chaque température 10 d'échappement et que le volume de liquide contenu dans la capacité du dilatomètre augmente. Selon une caractéristique de la présente invention, le piston aval ou piston récepteur agit directement sur les moyens de commande du débit de combustible ; dans le cas 15 d'un moteur Diesel, ceci pourra être par exemple obtenu par simple appui dudit piston aval sur le levier de commande collective des pompes d'injection. Dans le cas d'un moteur à combustion interne à injection de combustible type Diesel, qui est plus particu-20 lièrement visé par la présente invention, les moyens de commande du débit de combustible étant constitué, de façon en soi connue, par le levier de commande collective et la tige de commande collective des différentes crémaillères des pompes à injection un régulateur du régime du moteur en 25 fonction de sa charge et un lien ou accouplement élastique de sécurité placé entre ce régulateur et ledit levier de commande collective, la transmission du déplacement du piston aval précité auxdits moyens de commande du débit, lors d'une élévation anormale de la température d'échappement, 30 pourra s'effectuer malgré la résistance résultant d'une action de sens contraire éventuellement exercée par le conducteur du moteur et la résistance offerte par ledit accouplement élastique. Cette dernière possibilité pourra par exemple être obtenue si le piston de l'accouplement 35 élastique précité comprend un premier élément relié au régulateur et un second élément relié au levier de commande collective précitée, ces deux éléments étant susceptibles 6 2248757 de se déplacer l'un par rapport à l'autre ; ainsi, tant que la température maximale d'échappement qui est permise n'est pas atteinte, ces deux éléments pourront se déplacer solidairement grâce à l'action d'un ressort prenant appui 5 sur ledit second élément, ce qui permet le fonctionnement normal du régulateur agissant sur ledit premier élément ; au contraire lorsque la température maximale d'échappement est atteinte, le second élément pourra se déplacer, par l'intermédiaire du levier de commande collective précitée 10 sous l'action exercée, directement ou indirectement, par le piston aval sur ledit levier de commande, dans des conditions telles que le régulateur soit inopérant. Bien entendu, l'invention concerne également les moteurs à combustion interne, notamment les moteurs à 15 injection de combustible, et plus spécifiquement les moteurs type Diesel, qui sont équipés du dispositif ou qui mettent en oeuvre le procédé de la présente invention. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description ci-après, donnée à titre non limitatif, 20 en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente tin schéma de principe de la présente invention ; - la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de la présente invention, appliqué au cas d'un 25 moteur Diesel. En se référant à la figure 1, on voit qu'un dispositif de régulation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne, conforme à la présente invention, comprend un dilatomètre 1 formé d'un réservoir la et d'une 30 tubulure 1b reliant deux parties opposées dudit réservoir, un piston amont fermant le réservoir 1a à sa partie inférieure, un circuit hydraulique 3, à circulation d'huile, et se terminant à son extrémité opposée au piston amont 2 par un piston récepteur ou piston aval 4, le dispositif comprenant 35 en outre des moyens mécaniques de transmission du déplacement du piston 4 auxmoyens de commande du débit du combustible amené au moteur. 7 2248757 La tubulure 1b comprend une partie ou section 1b' située à l'intérieur du conduit d'échappement d'un moteur représenté ici schématiquement en 5 ; cette tubulure 1b comporte un robinet de réglage de débit 6 ; l'ensemble de 5 la capacité dudit dilatomètre 1, formé par le réservoir 1a et la tubulure 1b, contient un liquide à haut point d'ébullition et à coefficient de dilatation aussi élevé que possible. Un tel liquide peut être par exemple constitué par de la glycérine pure, qui est une substance chimiquement 10 neutre vis-à-vis des matériaux avec lesquels elle est en contact dans le présent dispositif. Le circuit hydraulique 3 est constitué par une canalisation principale 7 comprenant à chacune de ses extrémités, un vérin 8 ou 9» dont les pistons sont 15 respectivement les pistons 2 et 4, cette canalisation étant reliée par l'intermédiaire d'une vanne d'arrêt 10 à une réserve 11 de fluide hydraulique. Le piston 4 actionne, par des moyens mécaniques de transmission pouvant être éventuellement réduits à la seule 20 tige 4a de piston, les moyens de commande du débit du combustible, par.exemple le levier de commande des-pompes d'injection d'un moteur Diesel. Le dispositif de la figure 1 fonctionne de la manière suivante : 25 La section 1b' située dans le conduit d'échappement 5 s'échauffe lors de la mise en route du moteur, de telle sorte que le liquide y contenu voit sa température devenir supérieure à la température du réservoir 1a ; il s'établit par conséquent une circulation entre cette tubulure et ce 30 réservoir, par un effet de thermo-siphon. Un état d'équilibre s'établit avec obtention d'une température, à l'intérieur du réservoir 1a, dépendant de la température intérieure du conduit d'échappement, cette température variant dans le même sens. Le dispositif est conçu de telle sorte que les 35 déplacements du piston 2, par suite de la dilatation thermique du liquide du dilatomètre 1, sont faibles et sans effets sur les moyens de commande du débit de combustible amené au 8 2248757 moteur, tant que la température d'échappement ne dépasse pas une valeur jugée anormale. Toutefois, lorsque cette valeur est dépassée, la dilatation du liquide dans le dilatomètre, et par conséquent les déplacements des pistons 2 et 4, sont 5 tels que les moyens de commande du débit de combustible sont actionnés de manière à ralentir ce débit, par exemple de la manière qui sera indiquée ci-après à propos de la figure 2. On remarque que le circuit hydraulique 3 permet une amplification du déplacement des organes mobiles par le 10 fait que, dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, comme représenté sur la figure 1, le piston récepteur ou piston aval 4 possède une plus faible section, et est par conséquent soumis à un déplacement plus important, que le piston moteur ou piston amont 2. 15 Bien entendu, dès que la température dans le conduit d'échappement 5 redescend au-dessous de la valeur jugée anormale, la contraction thermique du liquide contenu dans le dilatomètre a pour effet de ramener les pistons 2 et 4 à leur position d'équilibre, grâce à l'action de moyens de 20 rappel appropriés, de préférence à 4b l'action d'un ressort de rappel agissant sur le piston 4 du vérin 9* La constante de temps du dispositif peut être.réglée en actionnant le robinet de réglage 6 (diminution du temps de réponse ou constante de temps par augmentation de la 25 section de passage du liquide dans la canalisation 1b). On retrouve sur la partie de droite de la figure 2 les mêmes éléments que sur la figure 1, à savoir le dilatomètre 1, le vérin 8, le circuit hydraulique 3, le vérin 9 et le conduit d'échappement 5 ; dans le cas présent, la 30 tubulure 1b pénètre plus précisément dans la partie du conduit d'échappement 5 qui constitue la sortie d'échappement 5a de la turbine 5b habituellement placée dans le système d'échappement des moteurs Diesel. Les moyens de commande du débit du combustible amené 35 au moteur sont ici représentésschématiquement par le levier de commande collective 12, la tige de commande collective 13 et l'une des crémaillères, 14» de l'une des pompes d'injection, 9 2248757 ici la pompe d'injection 15 ; bien entendu, de manière en soi connue la tige de commande 13 entraîne l'ensemble des crémaillères des différentes pompes d'injection, de façon à pouvoir modifier le débit d'injection de combustible. 5 On a aussi représenté sur cette figure un régulateur automatique 16 du régime du moteur, lequel agit, par l'intermédiaire d'un accouplement élastique représenté par la référence générale 17, sur l'extrémité du levier de commande 12 qui est située à l'extrémité dudit levier reliée 10 à la tige de commande 13 j le piston 18 qui transmet la commande de régulation du débit de combustible dictée par le régulateur 16 se compose ici d'un premier élément 18a susceptible de coulisser dans un second élément 18b contre lequel prend appui le ressort 19, la transmission de la 15 régulation se faisant par l'intermédiaire de la tige 70 articulée d'une part sur le second élément 18b et d'autre part sur l'autre extrémité 21 du levier de commande 12 opposée à l'extrémité 22 sur laquelle s'articule la tige de commande 13. 20 L'action régulatrice du dispositif de la présente invention lorsque la température d'échappement a dépassé une valeur jugée anormale s'effectue par une action directe de la tige 4a du piston aval 4 sur une des extrémités du levier de commande 12 ; la transmission de cette action a lieu par 25 simple poussée, sans aucune liaison entre ledit levier de commande et ladite tige 4a de piston pour les raisons qui apparaîtront ei-après. La figure 2 représente un état du dispositif et du régulateur de régime dans le cas où le régulâteur commande 30 un régime maximal et où le piston 4a est sur le point d'entrer en contact avec le levier de commande 12 j si l'on suppose par exemple que le moteur Diesel dont il est ici question est un moteur de locomotive et que cette locomotive vient de s'engager dans un tunnel, il va se produire une 35 élévation anormale de la température d'échappement du moteur, du fait de la réaspiration d'air chaud par le moteur, de telle sorte que le piston 4 va se déplacer vers la gauche en 10 2248757 poussant le levier de commande 12 dans le sens représenté par la flèche F, ce qui provoque immédiatement une diminution du débit d'injection ; on remarque que cette action s'effectue malgré la résistance offerte par l'accouplement élastique 17 : en effet le déplacement précité du levier 1? a pour effet de pousser vers la gauche l'élément de piston 18b, qui coulisse alors à l'intérieur du tube 23, en comprimant le ressort 19 ; on remarque que, en raison du mode de montage des éléments 18a et 18b du piston 18, il se produit un coulissement relatif de l'élément 18a dans l'élément 18b, sans que l'élément soit déplacé ; ainsi le régulateur 16 est inopérant à ce moment, c'est-à-dire qu'il ne peut pas s'opposer-au déplacement du levier de commande 12 réalisé sous l'action de la poussée du piston 4, et par conséquent qu'il ne peut pas s'opposer à la diminution du débit de combustible et ce, jusqu'à ce que la température d'échappement redevienne normale. On conçoit les avantages du dispositif de la présente invention qui permet de télécommander le débit des pompes en fonction de la valeur de la température d'échappement et ce, éventuellement malgré la résistance de l'accouplement élastique et/ou la volonté contraire du conducteur du moteur. Bien entendu la présente invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. 11 2248757 REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de sécurité pour limiter la température d'un fluide à une valeur supérieure prédéterminée, du type comportant la détection de la température du fluide et la commande d'un servo-moteur asservi à cette température 5 et agissant sur un organe de réglage d'un paramètre conditionnant ladite température, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la détection de telle sorte que l'on obtienne un déplacement d'un élément mobile par dilatation d'un liquide amené à une température variant dans le même 10 sens que la température détectée et à transmettre ledit déplacement, par un cireuit hydraulique-relais, à un vérin hydraulique constituant ledit servo-moteur. 2. Dispositif de régulation de sécurité pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, du type comprenant 15 un organe directeur formant capteur ou détecteur mesurant la température du fluide et commandant un servo-moteur asservi à cette température et agissant sur un organe de réglage d'un paramètre conditionnant ladite température, caractérisé en ce que : 20 - ledit organe directeur est tin dilatomètre formé par une capacité remplie d'un liquide à point d'ébullition et à coefficient de dilatation élevé, ladite capacité comprenant un réservoir et une tubulure montés en dérivation sur ledit réservoir et dont une partie est située au sein du fluide V5 dont la température est à mesurer, ledit organe directeur comprenant un élément formant vérin, déplaçable sous l'action de la dilatation du fluide j - il comprend un circuit hydraulique-relais qui est relié d'une part à ce dilatomètre et d'autre part audit 30 servo-moteur ; - ledit servo-moteur comprend un vérin hydraulique dont l'élément mobile est actionné par ledit circuit hydraulique et agit sur l'organe de réglage précité. 3. Dispositif de régulation de sécurité selon la 35 revendication 2, caractérisé en ce que la tubulure précitée fait communiquer entre elles la partie inférieure et la partie supérieure du réservoir précité, de telle sorte qu'il 12 2248757 s'établisse par un effet de thermo-siphon, une circulation de liquide" dans ladite capacité et que la température dudit liquide suive les variations de la température dudit fluide. 4. Dispositif de régulation de sécurité selon la 5 revendication 2 ou 3, caractérisé en,ce que les vérins précités sont du type à déplacement reetiligne de leurs éléments mobiles, l'élément déplaçable du dilatomètre et l'élément mobile du vérin hydraulique du servo-moteur étant ainsi constitués par deux pistons. 10 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit hydraulique-relais précité est un circuit d'amplification de déplacement, ce qui est obtenu en donnant au piston du dilatomètre ci-après dénommé piston-amont, une plus forte section transversale qu'au 15 piston du vérin du servo-moteur, ci-après dénommé piston aval. 6é Dispositif de régulation de sécurité selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la tubulure précitée comporte des moyens de réglage de sa section transversale d'écoulement,' par exemple un robinet ou valve 20 de réglage, de façon à modifier la constante de temps de l'appareil. 7. Dispositif de régulation de sécurité selon l'une des revendications 2 à 6, pour la régulation de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé ?5 en ce que la partie de tubulure précitée est située à l'intérieur du conduit d'échappement et en ce que l'organe de réglage précité agit sur les moyens de commande du débit de combustible amené au moteur, en réduisant ce débit dès que la température d'échappement tend à dépasser la valeur limite 30 supérieure prédéterminée. 8. Dispositif de régulation de sécurité selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de réglage comprend des moyens de transmission du déplacement de l'élément mobile du vérin de servo-moteur aux moyens de 35 commande du débit de combustible. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que, le moteur étant un moteur à combustion 13 2248757 interne à injection de combustible, de type Diesel, les moyens de commande du débit de combustible sont constitués, de façon en soi connu, par le levier de commande collective et la tige de commande collective des différentes crémaillères des pompes d'injection, un régulateur du régime du moteur en fonction de sa charge et tin accouplement élastique placé entre ce régulateur et ledit levier de commande collective, la transmission du déplacement de l'élément mobile du vérin du servo-moteur auxdits moyens de commande du débit de combustible se produit malgré la résistance résultant d'une action de sens contraire éventuellement exercée par le conducteur et malgré la résistance dudit accouplement élastique» 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le piston de l'accouplement élastique comprend un premier élément relié au régulateur et un second élément relié au levier de commande collective précité, ces deux éléments étant susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, de telle sorte que lesdits éléments puissent se déplacer effectivement solidairement, grâce à l'action d'tui ressort prenant appui sur ledit second élément et à l'action directe du régulateur sur ledit premier élément, tant que la température maximale permise d'échappement n'est pas atteinte, et que, ledit second élément puisse se déplacer indépendamment du premier élément précité, sous l'action exercée, par l'intermédiaire du levier de commande collective précité, par le piston aval précité, dès que la température maximale permise d'échappement tend à être dépassée. 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de rappel de l'élément mobile du vérin du servo-moteur dans sa position arrière.