Brevet FR2495222A1 — publié le 19820604

Dispositif de suralimentation de moteur B combustion interne par turbocompresseur L'invention se rapporte à un dispositif de suralimentation de moteur k combustion interne par turbocompresseur entraîné par les gaz d'échappement. On sait que l'utilisation d'un turbocompresseur crée une contre-pression à l'échappement du moteurs La conséquence de cette contre-pression non négligeable est une augmentation de consommation de carburant. Aussi, en supprimant ou en diminuant cette contre-pression, on peut obtenir un gain de consommation, gain qui peut atteindre 10 ffi dans certains cas. On sait que l'utilisation actuelle d'un clapet de dérivation des gaz d'échappement, dit 11vaste-gate" en terminologie anglaise, soumis k une valve de commande sensible à la pression de sortie du compresseur, a pour but de limiter la pression de suralimentation d'admission à un certain seuil, c'est-à-dire de protéger le moteur. L'invention se rattache b l'intérêt de commander l'ouverture et la fermeture du clapet de dérivation des gaz d'échappement selon la puissance demandée au moteur0 En effet, aux bas régimes à charge partielle du moteur, on a besoin de peu de suralimentation et le clapet de dérivation peut donc être ouvert afin de réduire la contre-pression k l'échappement, ce qui correspond à un gain de consommation. Aux régimes plus élevés, ledit clapet de dérivation peut alors être progressivement fermé selon la puissance demandée.Dans ce fonctionnement, la contre-pression à l'échappement est plus faible que dans l'utilisation classique du clapet qui ne s'ouvre que pour un seuil de protection du moteur, et l'on trouvera encore un gain de consommation0 La présente invention a pour objet un dispositif relativement simple et peu onéreux permettant de satisfaire ces conditions. Essentiellement, à cet effet, le dispositif de suralimentation selon l'invention de moteur k combustion interne par turbocompresseur, comprenant une turbine entraînée par les gaz d'échappement, un compresseur dtair entraîné par la turbine et raccordé à la tubulure d'admission du moteur, et un clapet de dérivation des gaz d'échappement soumis k une valve de commande sensible k la pression de sortie du compresseur, est caractérisé en ce que ladite valve de commande est en outre placée sous la dépendance d'une valve de pilotage k fonctionnement différentiel selon la valeur de pression à l'admission du moteur par rapport à la pression atmosphérique, de sorte que ladite valve de pilotage gouverne la valve de commande à l'ouverture du clapet de dérivation aux bas régimes à charge partielle du moteur et à la fermeture aux régimes plus élevés du moteur. La commande du clapet de dérivation peut aussi être utilisée comme élément complémentaire de pilotage de la puissance délivrée, le dispositif étant alors en outre caractérisé en ce que la partie de la valve de commande sensible à la pression de sortie du compresseur est reliée à un organe de mise k l'at oosphère s'ouvrant à partir d'une position de plein actionnement de l'organe de réglage de puissance du moteur atteinte en cours de course de commande de puissance maximale, de sorte que dans la partie de cette course faisant suite au plein actionnement de organe de réglage de puissance du moteur, la puissance délivrée est fonction du pilotage à la fermeture du clapet de dérivation dépendant du degré d'ouverture dudit organe de mise à l'atmosphèreO Ces dispositions n'empêchent pas de prévoir, en cas d'appui à fond sur la pédale d'accélération du véhicule (kick-down), la fermeture rapide du clapet de dérivation afin d'obtenir la puissance maximale disponible du moteur. A cet effet, le dispositif de suralimentation selon l'invention, est en outre caractérisé en ce qu'il est interposé dans la liaison entre la partie de la valve de commande sensible b la pression de sortie du compresseur et ledit organe de mise k l'atmosphère, une valve de fermeture de cette liaison répondant à une pression de sortie maximale prédéterminée du compresseur, afin que ladite valve de commande réponde à cette fermeture par ltouverture du clapet de dérivation, destinée à limiter la pression de suralimentation. On verra en outre qu'avec la conduite relativement économique permise par le dispositif selon l'invention, intervenant surtout aux vitesses d'utilisation routières du véhicule, on peut introduire simplement et R volonté une suralimentation plus élevée à consommation plus élevée procurant des performances plus élevées lorsque désiré. Une forme de réalisation d'un dispositif de suralimentation selon l'invention est d'ailleurs ci-après décrite k titre d'exemple et en réference au dessin annexé, dont la figure unique est une vue schématique d'ensemble d'un tel dispositif. Le dispositif de suralimentation de moteur représenté au dessin comprend un turbocompresseur, désigné par 1 dans son ensemble, ayant une turbine 2 entraînée par les gaz d'échappement lui parvenant suivant la flèche 3 d'un conduit de sortie 4 du collecteur d'échappement partiellement représenté, sur lequel est monté un clapet 5 de dérivation contr8lée des gaz d'échappement B l'atmosphbre, s'ouvrant sur un conduit de dérivation 6 également partiellement représenté0 Le turbocompresseur comprend aussi une turbine 7 solidaire en rotation de la turbine b gaz 2 et constituant l'élément actif d'un compresseur d'air 9, qui est raccordé à un échangeur air-air 10 de refroidissement de l'air destiné à alimenter J > ar un conduit 11 le collecteur d'admission 12 du moteur. Cette alimentation est ici représentée avec interposition d'une tubulure à papillon de réglage de puissance 13, qui peut être notamment un papillon de réglage d'admission d'air dans le cas d'un moteur à injection ou un papillon de réglage de mélange air-essence lorsqu'un carburateur est interposé entre le conduit 11 et le collecteur 12o Le clapet de derivation 5 est relié par une tige 14 k la membrane d'une valve de commande 15 formant deux chambres 16 et 17 de part et d'autre de la membrane0 La chambre 16 contient un ressort de compression 18 sollicitant le clapet 5 en position de fermeture0 Elle est reliée, par l'intermédiaire d'un conduit 19, à l'une des chambres 20 d'une valve de pilotage 21, comprenant un clapet 22 destiné X mettre ou non en communication le conduit 19 avec un conduit 23 relit au collecteur d'admission. Cette valve de pilotage 21 comprend deux membranes 24, 25 solidaires du clapet 22 et formant entre elles une chambre 26 à évent 27 ouvert k l'atmosphe're0 La membrane 24, de plus grande section que l'autre, délimite dans le corps de la valve 21 une chambre 28 qui est reliée par un conduit 29 au conduit 23 de liaison avec le collecteur d'admission0 Cette valve de pilotage est donc à fonctionnement différentiel selon la valeur de la pression dans le collecteur d'admission 12 comparée k la pression atmosphérique, c'est-k-dire qu'un état de dépression dans le collecteur entrain l'ouverture du clapet 22 de la valve tandis qu'unie valeur de pression dans le collecteur supérieure B la pression atmosphérique provoque au contraire la fermeture du clapet 22 de la salve 21. La chambre 16 est en outre mise en permanence en liaison avec l'atmosphère par un évent 30o L'autre chambre 17 de la valve de commande 15 est reliée à la sortie du compresseur 9 par un conduit 31 pourvu d'un étrangleur calibré 32 à l'entrée de la chambre. Elle est également reliée par l'intermédiaire d'un conduit 33 aboutissant à une valve de fermeture normalement ouverte 34, et par l'intermédiaire d'un conduit 35 lui faisant suite, à une valve 36 de mise à l'atmosphère contrôlée, comprenant un clapet à pointeau 37 normalement fermé sous l'action d'un ressort de compression 38, mais qui est aussi fonctionnellement relié k la commande volontaire de réglage de puissance du moteur dépendant du conducteur0 Cette liaison est ici prévue par l'intermédiaire d'un cible 39 attelé à un levier basculant 40 commandé à partir de la pédale d'accélérateur 41 du véhicule par une transmission flexible usuelle schématisée 42. Ce câble 39 présente une liaison à course morte avec le clapet 37, ici assurée à l'aide d'un ressort 43 logé dans une partie creuse arrière du clapet et qu'une pièce d'extrémité 44 du cible doit comprimer avant début d'ouverture du clapet. La course morte 45 de commande du clapet 37 est telle qu'elle correspond k peu près à la course de commande de pleine ouverture du papillon 13, cette dernibre s'effectuant à partir de la pédale 41 et du levier basculant 40, par l'intermédiaire d'un ressort 46 reliant ce dernier k un levier 47 calé sur l'axe du papil lon 130 Ce ressort 46 s'accommode ainsi d'une commande d'enfon- cement de la pédale 41 poursuivie au-delk de la pleine ouverture du papillon 13 et correspondant à une ouverture progressive du clapet 37 de la valve 36 de mise à l'atmosphère, par compression de son ressort de rappel 38e Le fonctionnement de ce dispositif de suralimentation est le suivant i Aux bas régimes, 'a charge partielle du moteur, le collecteur d'admission 12 est en dépression par rapport à la pression atmosphérique. Le clapet 22 de la valve de pilotage 21 étant ouvert et le trou évent 30 relativement petit (par exemple 1 b 2 mm) par rapport à la section de passage découverte par le clapet 22, la chambre 16 de la valve 15 se trouve mise en dépression. La chambre 17 est à une pression plus élevée que la pression atmosphérique, car le turbocompresseur est en faible tonctionnement. La valve 36 est fermée et il n'y a pas de fuite de pression par les conduits 33, 35.La force résultant de la pression dans la chambre 17 et de la dépression de la chambre 16 est plusEgrande que la force du ressort 18 de la valve 15. Le clapet de dérivation 5 des gaz d'échappement est alors grandement ouvert et la contre-pression affaiblie d'atrtant. Aux régimes et charges plus élevés du moteur pour lesquels le papillon 13 est déjà à pleine ouverture, la valve 36 de mise k l'atmosphère s'ouvre graduellement en fonction de l'enfoncement supplémentaire de la pédale d'accélérateur 41. Le turbocompresseur 1 fonctionne davantage en raison de la plus grande énergie dans les gaz d'échappement0 La pression dans le collecteur d'admission 12 dépasse la pression atmosphérique. Le clapet 22 de la valve de pilotage 21 ferme la communication entre le c-ollecteur d'admission 12 et la chambre 16 de la valve 15, et par la voie du trou évent 30 la chambre 16 se trouve mise B la pression atmosphérique.Quant à la chambre 17 de la valve 15, la pression tend à y diminuer, car la valve 36 de mise b l'atmosphbre ouvre un passage de section fonction de l'enfoncement supplémentaire de la pédale 4t, tandis que le débit d'air entrant dans cette chambre 17 est limité par l'étranglet 32o Lorsque la valve 36 est complètement ouverte, le passage de mise à l'atmosphère est plus grand que celui de l'étrangleur 320 La pression dans la chambre 17 est alors B la pression atmosphérique ou presque à la pression atmosphérique, en raison de la perte de charge dans les conduits de liaison. Comme la pression dans la chambre 16 se trouve aussi à la pression atmosphérique, le ressort 18 ramène le clapet de dérivation 5 en position de fermeture complète. En choisissant convenablement les sections de passage de la valve 36 et du trou évent 30, la force du ressort 18 et la surface de la membrane de la valve de commande 15, on peut ainsi obtenir une fermeture progressive du clapet de dérivation 5 des gaz d'échappement en fonction de la course d'enfoncement de l'accélérateur. La fermeture progressive du clapet de dérivation 5 accroit le tonctionnement du turbocompresseur, et l'on obtient donc une augmentation de la puissance délivre après ouverture totale du papillon 13 par un tel pilotage au clapet de dérivation 5 des gaz d'échappement.De plus, dans la phase préalable d'amenée du papillon 13 B sa pleine ouverture, on bénéficie d'un gain de pression effective de suralimentation par rapport à ce qu'elle serait avec papillon partiellement ouvert dans les solutions usuelles0 Lorsque le conducteur appuie à fond sur la pédale d'accélérateur pour doubler un autre véhicule (kick-down), les chambres 16 et 17 de la valve de commande 15 se trouvent mises à la pression atmosphérique comme on l'a décrit ci-dessusO Le clapet de dérivation 5 est alors complètement fermé, et le conducteur dispose ainsi de la puissance maximale0 C'est pour éviter une suralimentation exagérée qui serait nuisible au moteur, qu'est prévue la valve de fermeture 34 du conduit 332 comprenant un clapet obturateur 48 soumis aux actions opposées d'un ressort taré 49 et de la pression d'air de sortie du compresseur 9, par un conduit 50 dérivé du conduit 310 Ainsi, la fermeture de la valve 34 coupe la mise à l'atmosphère de la chambre 17 et la membrane de la valve 15, poussée par la pression d'air de sortie du compresseur, provoque alors l'ouverture du clapet de dérivation 5 des gaz d'échappement. Une suralimentation plus élevée, sans souci de consommation réduite, par exemple pour la conduite dite sportive du véhi- cule, peut aisément être ajoutée à ce dispositif en plaçant une valve de mise à l'atmosphère commandable à volonté par le conducteur, sur le conduit 35 reliant la valve de fermeture 34 b la valve de mise à l'atmosphère 36o Une telle valve de mise à l'atmosphère volontaire est schématisée en 51 comme pouvant être à commande mécanique (flèche 52) mai C elle peut aussi être à commande électromagnétique notamment0 Lorsque cette valve 51 est ouverte, elle met en permanence la chambre 17 à la pression atmosphérique et le ressort 18 est tel qu'il ramène alors le clapet de dérivation 5 des gaz d'échappement en position de fermeture, c'est-k-dire qu'est obtenue une suralimentation relativement plus importante qu'avec le dispositif selon l'invention, mais au détriment d'une consommation plus élevée de combustible. REVENDICATIONS 1. Dispositif de suralimentation de moteur à combustion interne par turbocompresseur, comprenant une turbine entraînée par les gaz d'échappement, un compresseur d'air entraîné par la turbine et raccordé à la tubulure d'admission du moteur, et un clapet de dérivation (5) des gaz d'échappement soumis à une valve de commande (15) sensible à la pression de sortie du compresseur, caractérisé en ce que ladite valve de commande (15) est en outre placée sous la dépendance d'une valve de pilotage à fonctionnement différentiel (21) selon la valeur de pression à l'admission du moteur par rapport à la pression atmosphérique, de sorte que ladite valve de pilotage gouverne la valve de commande à l'ouverture du clapet de dérivation aux bas régimes à charge partielle du moteur et à la fermeture aux régimes plus élevés du moteur. 2. Dispositif de suralimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie (17) de la valve de commande (15) sensible à la pression de sortie du compresseur est reliée à un organe de mise à l'atmosphère (36) s'ouvrant à partir d'une position de plein actionnement de l'organe (13) de réglage de puissance du moteur atteinte en cours de course de commande de puissance maximale, de sorte que dans la partie de cette course faisant suite au plein actionnement de l'organe de réglage de puissance du moteur, la puissance délivrée est fonction du pilotage à la fermeture du clapet de dérivation (5) dépendant du degré d'ouverture dudit organe de mise à l'atmosphère. 3. Dispositif de suralimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est interposé dans la liaison entre la partie (17) de la valve de commande (15) sensible à la pression de sortie du compresseur et ledit organe de mise à l'atmosphère (36), une valve de fermeture (34) de cette liaison répondant à une pression de sortie maximale prédéterminée du compresseur, afin que ladite valve de commande réponde à cette fermeture par l'ouverture du clapet de dérivation (5), destinée à limiter la pression de suralimentation. 4. Dispositif de suralimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est interposé dans la liaison entre ladite valve de fermeture (34) et ledit organe de mise à l'atmosphère (36), un autre organe de mise à 1-' atmosphère (51) commandé en tout ou rien à volonté pour obtenir une suralimentation plus élevée.