Brevet FR2279936A1 — publié le 19760220

L'invention concerne un moteur à explosion suralimenté à injection de carburant dosée en fonction dii volume d'air aspiré par l'intermédiaire d'un débitmètre d'air inséré dans la conduite d'aspiration, avec une soufflante de suralimentation entrainée par une turbine à gaz d'échappement et un organe de réglage de la puis sance inséré dans la conduite d'air en surpression en aval de la soufflante de suralimentation. Dans le cas d'un moteur à explosion suralimenté par une turbo-soufflante de suralimentation, les gaz d'échappement du mo teur à explosion sont amenés à une turbine à gaz déchappement dis posée dans la conduite d'échappement de celui-ci, laquelle entraine, en utilisant l'énergie contenue dans les gaz d'échappement, une soufflante de suralimentation insérée dans le système d'aspiration du moteur à explosion, qui alimente en air comprimé le moteur à explosion. Les moteurs à explosion destinés à lssentratnement de véhi cules sont soumis à des exigences de puissance soudainement varia bles à l'intérieur de larges limites, et ils doivent, en particu lier lors de l'accélération du véhicule, à partir de la position de marche à vide, fournir très vite une puissance élevée Ici, il slest avéré désavantageux, dans le cas d'un moteur à explosion connu suralimenté par une turbo-soufflante de suralimentation à gaz d'échappement (brevet allemand n 1.526.443) que dans la marche à vide du moteur à explosion ou dans la marche à moteur entraîné, ce n'est encore que l'énergié des gaz d'échappement en marche à vide qui est amenée à la turbine à gaz d'échappement, et ainsi, la puissance motrice mise à disposition pour l'entraînement de. la souf flante de suralimentation est fortement réduite. En plus de la dimi nation de la puissance motrice pour la soufflante de suralimentation il se forme dans la marche à vide du moteur à expLosion ou dans la marche à moteur entraîné, en@avant de lorgane de. réglage de la puissance, ferme', une pression de suralimentation croissant brus quement au-dossus de la valeur normale, si bien que la vitesse de la soufflante (le suralimentation chute brusquement très fortement. Lors d'une nouvelle ouverture de l'organe de réglage de la puissance du moteur à explosion, celui-ci ne peut- pas développer sa pleine puis sance par suite de la trop faible suralimentation N faible vitesse de la soufflante de suralimentation, jusqu' ce que la soufflante de suralimentation soit accélérée, par une amenée accrue d'énergie de gaz déchappement à la turbine ù gaz, de nouveau --------------- à sa vitesse nécessaire pour la suralimentation nor,uale du moteur à explosion.Pour éviter la brusque chute de vitesse de la turbo- soufflante lors de la fermeture dc l'organe de réglage de la puissance du moteur t explosion, et ainsi améliorer le comportement à l'accélération du moteur à explosion, il a déjà été proposé (brevet allemand n 2.207.221) de relier ensemble directement la soufflante de suralimentation et la turbine à gaz d'échappement en contournant le moteur à explosion au moyen dtun by-pass partant de La conduite de l'air en surpression, un organe de réglage étant disposé dans le by-pass, commandé en fonction de l'organe de régla- ge de la puissance du moteur à explosion de telle sortc que le bypass soit fermé lorsque organe de réglage de la puissance est ouvert, et ouvert lorsque organe de réglage de la puissance est fermé. Certes, le by-pass reliant la soufflante de suralimentation à la turbine à gaz d'échappement empoche un fort accroissement de pression dans la conduite d'air en surpression lors de la fermeture de l'organe de réglage de la puissance et ainsi aussi une chute soudaine de vitesse de la soufflante de suralimentation, cependant cette disposition ne peut être employée pour n'importc quel moteur à explosion suralimenté.En particulier dans le cas de moteurs à explosion à injection de carburant dosée en fonction du volume d1air aspiré à chaque fois, par l'intermédiaire d'un débitmètre d'air inséré dans la conduite d'aspiration, cette disposition amènerait, en cas de fermeture de l'organe de réglage de la puissance, à un surenrichissement du mélange air-carburant, car le volume d'air aspiré et capté par le débitmètre d'air est amené pour la plus grande part à la turbine à gaz d'échappement et non au cylindre. A partir de ce stade de la technique, le but de l'invention est dtempêcher, dans le cas d'un moteur à explosion surali menté par une turbo-soufflante de suralimentation et pourvu d'une installation pour l'injection de carburant dosée en fonction du volume dair aspiré, sans préjudice du maintien d'une composition optimale du mélange dans toute l'étendue de la vitesse, une chute soudaine de la vitesse dc la turbo-soufflante de suralimentation lors de la fermeture de l'organe de réglage de la puissance du moteur à explosion. Ce but est atteint, dans le cas d'un moteur à explosion suralimenté par une turbo-soufflante de suralimentation à gaz d'échap- pement et pourvu d'une injection de carburant dosée en fonction du volume d'air aspiré, selon l'invention, en adjoignant à la ------- soufflante de suralimentation un by-pass fermé pour toute position d'ouverture de l'organe de réglage de la puissance, reliant la conduite d'aspiration à la conduite dfair en surpression.En liaison avec un segment de la conduite d'aspiration et un segment de la conduite d'air en surpression, le by-pass forme une conduite en boucle associée-à la soufflante de suralimentation, pouvant être fermée, partant avantageusement de la conduite d'aspiration en amont de la soufflante de suralimentation à l'arrière du débitmètre d'air, et débouchant dans la conduite d"ai.r en surpression en aval de la soufflante de suralimentation en avant de l'organe de réglage de la puissance. La conduite en boucle associée à la soufflante de suralimentation est ouverte seulement lorsque l'organe de réglage de la puissance se trouve dans la position de fermeture, a pour effet que, en cas de fermeture de organe de réglage de la puissance du moteur à explosion, le volume d'air refoulé par la soufflante de suralimentation est ramené à la soufflante de suralimentation en un circuit en boucle, si bien que celle-ci refoule pratiquement sans pression et qu'ainsi on évite la formation d'une pression de suralimentation trop élevée, freinant la vitesse de la soufflante de suralimentation. De plus on évite pendant le processus de fermeture de l'organe de réglage de la puissance, un pompage du compresseur. Une part de l'air en surpression nécessaire pour la marche à vide du moteur à explosion est prélevée, même en cas de fermeture de l'or- gane de réglage de la puissance, à la circulation dans la conduite en boucle autour de la soufflante de suralimentation, est remplacée alors par l'aspiration d'un volume d'air frais correspondant. Comme, dans ce cas, seul le volume d'air amené à chaque fois au moteur à explosion est aspiré par la conduite d'aspiration, le dosage de ltinjection de carburant, réglé par le débitmètre d'air, correspond indépendamment de la vitesse de la soufflante de suralimentation, exactement au volume d'air en surpression amené au moteur a explosion. L'organe de fermeture inséré dans le br-pass est, selon l'invention, soumis d'un côté .i la pression dans la moitié du bypass située du côté du tuyau d'aspiration, et, de l'autre, à la pression régnant dans la conduite d'air en surpression immédiatement en arrière de l'organe de réglage fermé. L'organe de fermeture luimême est ici rationnellement formé d'un piston-tiroir soumis à l'action d'un ressort dans le sens de la fermeture.La conduite d'air de commande pour l'alimentation du piston-tiroir par la ----- pression régnant immédiatement eii arrière de 1 organe de réglage de la puissance, formé, formé de préférence par une vanne à papil- lon, part selon l'invention, de la conduite d'air en surpression immédiatement à côté du bord arrière, du côté moteur, de la vanne a papillon se trouvant dans sa position fermée L'alimentation de l'organe de fermeture du by-pass par la pression régnant dans la conduite d'air en surpression inimédiatement en arrière de organe de réglage de la puissance, fermé, a pour effet que le by-pass de la soufflante de suralimentation est ouvert immédiatement par la dépression se formant en arrière de l'organe de réglage de la puissance se trouvant en position de fermeture, dès que l'organe de réglage de la puissance a atteint sa position de fermeture, mais toutefois, d'autre part, se ferme dès que organe de réglage de la puissance prend une position d'ouverture, même seulement petite, car alors la conduite d'air de commande est aussitôt alimentee à la pression de sural.imenta- tion totale.Cette commande de l'organe de fermeture duby-pass garantit dtune part qu'on évite une surélévation de la pression de suralimentation lors de la fermeture de l'organe de réglage de la puissance et qu'on évite ainsi une chute brusque de la vitesse de la soufflante de suralimentation, et elle permet d'autre part la mise à disposition immédiate dune pression suffisante dc l'air en surpression lors de l'ouverture de lorgane de réglage de la puissance. L'invention est décrite en détail dans la description suivante d'un exemple d'exécution représenté sur le dessin. On voit sur le dessin Figure 1, une représentation schématique de l'alimenta- tion en air en surpression d'un moteur à explosion suralimenté, dans le cas d'organe de réglage de la puissance complètement ouvert; Figure 2, une représentation schématique de l'alimenta- tion en air en surpression d'un moteur à explosion suralimenté, dans le cas d'organe de réglage de la puissance se trouvant dans la position de fermeture. Dans le cas de l'alimentation en air en surpression repre- senté dans l'exemple dexécution, d'un moteur à explosion 1, une soufflante de suralimentation 2, entraidée par une turbine N gaz d échappement alimentée par le flux de gaz d'échappement de la conduite de gaz d'échappement, non représentée, du moteur à explosion 1, aspire de l'air frais à pression atmosphérique à travers un filtre N air 3 et une conduite d'aspiration 4 et amène celui-ci au moteur .- explosion 1 par une conduite d'air en surpression 5 à une pression supérieure à la pression atmosphérique.A la soufflante de suralimentation 2 est adjoint un by-pass 6 qui forme, en commun avec les segments 7 et 8, du côté de la soufflante de suralimentation, de la conduite d'aspiration 4 et de la conduite d'air en surpression 5, une conduite en boucle associée à la soufflante de suralimentation 2. Le by-pass 6 part, ici, de la conduite d'aspiration 4 en amont de la soufflante de suralimentation 2 et en aval d'un débitmètre d'air 9, et débouche dans la conduite flair en surpression 5 en aval de la soufflante de suralimentation 2 et en amont d'un organe de réglage de la puissance formé par exemple par une vanne à papillon 10. La vanne à papillon 10 est reliée à une pédale des gaz, non représentée, par l'intermédiaire d'une tringlerie de manoeuvre composée d'un levier 12 assemblé rigidement à l'axe 11 de la vanne, et d'une tringle 13.Dans le bypass 6 est inséré un organe de fermeture formé par exemple par un piston-tiroir 14 qui, lorsque la soupape à papillon 10 est fermée, est commandé par la pression régnant, immédiatement en arrière de celle-ci, dans la conduite d'air en surpression. Dans ce but, un boitier 15, du pistan-tiroir 14, inséré dans le by-pass 6, est relié par une conduite d'air de commande 16, d'un côté à un perçage pour l'air de commande 17 disposé, dans le sens de l'écoulement; immédiatement en arrière de la vanne à papillon fermée, dans la conduite d'air en surpression 5. De l'autre côté, le boitier 15 du piston-tiroir est relié par une conduite d'air 18 à la partie du by-pass 6 située du côté de la conduite d'aspiration.Au pistontiroir 14 est en outre associé un ressort de fermeture 23 prenant appui sur le bottier 15 du piston-tiroir, contre la force duquel le piston-tiroir 14 se déplace sous l'action de la dépression se développant en arrière de la vanne à papillon 10 fermée, et amenée par la conduite d'air de commande 16 unilatéralement dans le bottier 15 du piston-tiroir, des que la vanne à papillon 10 parvient à sa position de fermeture, Le débitmètre d'air, travaillant d'après le principe du corps flottant, est constitué essentiellement par un cône 19 et un corps flottant 20, qui déplace par un bras de levier 21 un doseur de carburant 22 suivant le volume d'air amene i chaque fois au moteur à explosion. Pendant la marche dii moteur à explosion 1, les gaz dré- chappemont sont amenés N une turbine à gaz d'échappement qui, de son côté, entraine la soufflante de suralimentation 2. LBair frais aspiré à travers le filtrc N air 3 et la conduite d'aspiration 4 est t amené de la soufflante de suralimentation 2 avec une pression supérieure à la pression atmosphérique, sous forme d'air en surpression, au moteur à explosion 1 par la conduite d'air oïl surpression 5.En meme temps, le débitmètre d'air 9 commande par le do setier de carburant 22, le dosage du volume de carburant amene a chaque fois au moteur à explosion, de telle manière que ce volume est dosé en rapport avec le volume d'air aspiré. Dans le cas où le moteur à explosion travaille dans le domainc dc la pleine charge o aussi de charge partielle, la vanne à papillon 10, et avec elle la conduite d'air en surpression 5, est ouverte soit complètement soit partiellement.Ainsi, à la dérivation 17 est appliquée la pleine pression de lsair en surpression qui est amenée aussi par la conduite d'air de commande 16 dans le boltier 15 du pistontiroir et maintient, en liaison avec le ressort de fermeture 23, le piston-tiroir 14 dans une position fermant le by-pass 6, ce qui fait que la pleine pression de suralimentation est à disposition du moteur à explosion 1.Lors du passage à la marche en moteur en trainé ou tt vide, la vanne N papillon 10 est fermée, ce qui fait qu'à la dérivation 17 se trouvant immédiatement en arrière de la vanne à papillon 10, fermée, et aussi dans la conduite de commande 16 ainsi que dans la partie inférieure du bottier 15 du pistontiroir, se forme une dépression qui provoque, à l'encontre de la force du ressort de fermeture 23, un déplacement du piston-tiroir 14 de sa position de fermeture dans une position d'ouverture, si bien que le by-pass 6 est désormais ouvert.Lorsque, maintenant, la vanne à papillon 10 est fermée, l'air en surpression refoulé par la soufflante de suralimentation 2 est de nouveau ramené à la soufflante de suralimentation 2 par la conduite en boucle formée par le segment 8 de la conduite dtair en surpression 5, le by-pass 6 et le segment 7 de la conduite d'aspiration 4, si bien que, tout en évitant une surélévation de la pression de la soufflante de suralimentation lors de la fermeture de la vanne à papillon 10, on assure une rotation presque sans pression de la soufflante de suralimentation 2. Le refoulement cn boucle presque sans pression de l'air de la soufflante de suralimentation dans la conduite en boucle formée par les segments 7 et S des conduites d'aspiration et d'air en surpression ainsi que par le by-pass 6, garantit en même temps qu'est évitée une chute brusque de vitesse de la soufflante de suralimentation 2.D'autre part, on évite aussi par la circulation en boucle de l'air de la soufflante de suralimentation, que soit aspiré par la conduite d'aspiration 4 plus qu'un volume d'air frais nécessaire pour le remplacement de l'air en surpression emmené au moteur à explosion 1 môme lorsqu'est fermée la vanne a papillon 10 pour maintenir la marche N vide, si bien que cet air frais trouve l'inection dosée de carburant, commande lar le débitmètre d'air 9, même en cas de fermeture de a vanne à papillon et de pleine vitesse de la soufflante de suralimentation, dans le rapport exact avec le débit d'air amené au moteur i explosion. Lors de la nouvelle ouverture de la vanne à papillon 10, la pleine pression de l'air de la soufflante dc suralimentation est aussitôt appliquée de nouveau a la dérivation 17 de la conduite de commande 16 et elle parvient par la conduite d'air do commande 16 dans le boitier 15 du piston-tiroir, si bien que le piston-tiroir 14 se déplace et prend sa position de fermeture, et ainsi est fermé le by-pass 6. il est ainsi garanti que la pleine pression de l'air de la soufflante de suralimentation est à disposition du moteur a explosion 1, même pour une ouverture partielle de la vanne i papillon. Selon un autre mode d'exécution dc l'invention, la commande de l'organe de fermeture du by-pass est effectuée mécanique ment par une tringlerie ou électriquement par un interrupteur a la vanne à papillon et au moyen d'un électro-aimant de manoeuvre. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Moteur t explosion suralimenté N injection de carbu- rant dosécen fonction du volume d'air aspiré par l'intermédiaire d'un débitmètre d'air inséré dans la conduite d'aspiration, avec une soufflante de suralimentation entraînée par une turbine à gaz d'échappement, et un org@ne de réglage de la puissance inséré dans la conduite d'air en surpression on aval de la soufflante de suralimentation, caractérisé en ce qu'i@ est adjoint à la soufflante de suralimentation (2) un by-pass reliant la conduite d'aspiration (4) à la conduite d'air en surpression (5), fermé pour toutes les positions d'ouverture de organe de réglage de la puissance (10). 2.- moteur à explosion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le by-pass (6) part do la conduite d'aspiration (4) en amont de la soufflante de suralimentation (2) en arrière du débitmètre d'air (9) et débouche dans la conduite d'air en sur pression (5) en aval de la soufflante de suralimentation (2) en avant le l'organe Se réglage de la puissance (10). 3.- Moteur à explosion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un organe de fermeture (14) inséré dans le by-pass (6) est soumis n 1 'action, d'un côte, de la pression dans la moitié dii by-pass (6) du côté du tube d'aspiration, et de l'autre, de la pression régnant immédiatement en arrière de l'organe, ferré, de réglage de la puissance (10), dans la conduite d'air en surpression (5). 4.- Moteur à explosion solon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que la conduite d'air ;le commande (16) de l'organe de fermeture (14) du by-pass (6) part de la conduite d'air en surpression (5) immédiatement à côté du bord arrière, du côté du moteur, de organe de réglage de la puissance, en particulier formé par une vanne à papillon (10), se trouvant dans la position de fermeture. 5.- moteur à explosion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de fermeture du by-pass (6) est formé par un piston-tiroir (14) soumis à l'action d'un ressort dans le sens de la fermeture.