Brevet FR2515730A1 — publié le 19830506

Dispositif perfectionné de commande de la pression de surali- mentation d'un moteur turbocompressé permettant d'améliorer la réponse dynamique. La présente invention concerne la commande de la vanne de décharge des turbocompresseurs. On sait que les moteurs thermiques alimentés par turbo- compresseur comportent toujours une vanne de décharge bipas- sant le cÈté turbine du turbocompresseur, faute de quoi la pression d'alimentation au moteur risquerait d'augmenter indéfiniment jusqu'à une valeur dangereuse. Pour commander ce clapet de décharge, il est connu d'uti- liser un vérin pneumatique à membrane, avec ressort de rappel agissant dans le sens de la fermeture du clapet, et de faire agir sur ce vérin dans le sens de l'ouverture la pression prélevée à la sortie de la partie compresseur, soit en amont, soit en aval du papillon des gaz, ou à l'échappement du moteur en amont de la turbine Ce dispositif présente l'avantage de la simplicité et permet d'éviter que la pression à l'admission atteigne une valeur dangereuse pour le moteur. Il est connu cependant qu'un moteur turbocompressé peut supporter en régime transitoire un taux de suralimentation nettement supérieur à celui admis en régime permanent Ceci s'explique en particulier par le fait que la température des parois au contact des gaz dans le moteur est à priori moins élevée en début d'accélération qu'en régime stabilisé équiva- lent, et également par une meilleure capacité de refroidisse- ment de l'échangeur de chaleur D'autres facteurs, tels l'en- richissement en accélération contribuent à autoriser un relè- vement momentané de la pression limite de suralimentation il serait donc souhaitable dans le dispositif simple rappelé ci-dessus de retarder l'instant auquel a lieu l'intervention de la vanne de décharge lors des périodes d'accélération, L'invention consiste en un dispositif de commande de la pression de suralimentation d'un moteur turbocompressé, du type comportant un turbocompresseur dont la partie turbine est alimentée par la conduite d'échappement du moteur, avec une avec une vanne de décharge en dérivation, et dont la partie compresseur alimente la conduite d'admission du moteur pourvue d'un papillon des gaz, et dans lequel la vanne de décharge est commandée par un vérin pneumatique à ressort de rappel agis- sant dans le sens de la fermeture et dont la chambre de com- mande est raccordée par un conduit de liaison à l'une desdites conduites d'admission et d'échappement, caractérisé par le fait que dans ledit conduit de liaison est interposée une valve à retard agencée de manière à restreindre fortement l'écoulement des gaz uniquement dans le sens allant de ladite conduite vers la chambre du vérin. La sécurité du moteur est assurée, de préférence, par une vanne auxiliaire de décharge montée sur le circuit d'admission du moteur, en aval du compresseur, et actionnée par la pres- sion régnant dans le collecteur d'admission, en aval du papil- lon des gaz; dans une version simplifiée, la fonction sécurité est assurée par une soupape automatique sensible à la pression régnant au droit de son implantation Dans les deux cas, le débit de décharge est ramené, de préférence, à l'entrée du compresseur, ce qui a un effet favorable sur le temps de réponse du turbocompresseur. On peut également garantir la sécurité du moteur en bipassant la valve à retard dans son ensemble par une vanne de sécurité commandée par un autre vérin pneumatique alimenté par la pression régnant dans la tubulure d'admission en aval du papillon des gaz. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig 1 représente schématiquement l'ensemble du dispo- sitif dans la configuration préférée de l'invention; la fig 2 correspond à la variante simplifiée; et la fig 3 correspond à l'autre variante de réalisation. On voit sur la fig 1 le moteur 1 équipé d'un turbocom- presseur 2 dont la partie turbine 2 a est alimentée par la tubulure d'échappement 3 du moteur et dont la partie compres- seur 2 b aspire l'air atmosphérique et alimente le dispositif habituel à venturi 4 et à papillon des gaz 5 par une conduite 6 Le papillon des gaz règle ainsi le débit d'air admis dans la tubulure d'admission 7. D'une manière connue, l'ensemble comporte une vanne de décharge Dpermettant à une fraction plus ou moins grande des gaz d'échappement provenant de 3 de passer directement dans le conduit d'échappement 9 sans traverser la turbine 2 a Cette vanne D comporte un clapet 8 solidaire d'une tige 10 commandée par un vérin pneumatique 11, généralement du type à membrane avec un compartiment à l'atmosphère contenant un ressort 12, agissant dans le sens de la fermeture du clapet 8, et un com- partiment 13 réuni par une tubulure 14 à la conduite 6 raccor- dant la sortie du compresseur 2 a au venturi 4. Conformément à l'invention, et pour les raisons exposées plus haut, on interpose dans la tubulure 14 une valve à retard constituée par un étranglement 16 disposé en parallèle avec un clapet anti-retour 17, ou un ensemble équivalent Ce clapet anti-retour, ou cet ensemble sont disposés de manière à res- treindre fortement l'écoulement des gaz seulement dans le sens de la conduite 6 vers le vérin 13. On comprend donc facilement que lors des accélérations cette valve à retard 15 temporise le remplissage de la chambre 13 du vérin 11, et par conséquent retarde l'ouverture du clapet de décharge 8 afin d'autoriser un dépassement momentané de la pression de suralimentation maximale admise en régime stabilisé facilitant l'accélération, et ceci sans modifier la pression finale régnant dans la chambre 13 ni par conséquent le réglage permanent du clapet 8. En variante, et comme cela est connu, la chambre 13 du vérin 11 pourrait être reliée par la tubulure 14, non à la conduite 6, mais à la tubulure d'admission 7, ou encore à l'échappement 3 du moteur, côté amont de la turbine 2 a. Par ailleurs, il est prévu une vanne auxiliaire de dé- charge 18 disposée dans un circuit 19 reliant la conduite 6 3, d'alimentation du moteur située en aval du compresseur et en amont du papillon des gaz 5, de préférence au circuit situé en amont du compresseur, ou à défaut à l'atmosphère Cette vanne i 57-30 4- auxiliaire 18 est actionnée par un-vérin pneumatique 20 à ressort taré dont la chambre-de commande est raccordée par une tubulure 21 à la tubulure d'admission 7, en aval du papillon des gaz 5. Si la pression réelle dans la tubulure d'admission 7 atteint une valeur dangereuse pour le moteur, la vanne auxi- liaire 18 s'ouvre sous l'action du vérin 20, qui-est taré à une valeur supérieure à celle du vérin 11, provoquant ainsi une limitation de la pression de suralimentation en tenant compte par conséquent que le papillon des gaz 5 peut être plus ou moins fermé Par rapport à une décharge à l'atmosphère, la décharge de la conduite d'admission 6 vers l'entrée du compres- seur 2 b permet de récupérer une partie de l'énergie de compres- sion Ce dispositif de sécurité permet de bénéficier au maxi- t.5 mum de l'effet de surcompression temporaire engendré par le dispositif à retard, sans risque pour le moteur grâce à sa rapidité de réponse Il a d'autre part pour avantage de ne pas affecter la vitesse de rotation d'ensemble du turbocompres- seur, et par conséquent l'effet bénéfique sur le temps de réponse en accélération procuré par la valve à retard 15. L'ensemble selon l'invention demeure donc relativement simple et peu onéreux tout en améliorant fortement la réponse dynamique du moteur. Une variante de l'invention est représente schématique- ment sur la fig 2; elle diffère de la précédente par une simplification du dispositif de sécurité; dans ce cas, la décharge est contrôlée par unesoupape automatique 22 dont l'ouverture dépend directement de la pression régnant au débouché 23 du conduit 19 dans la tubulure d'admission Pour :) O certaines applications, en particulier lorsque le dosage du carburant est réalisé par un système d'injection, on peut im- planter le débouché 23 du conduit 19 sur le circuit d'admis- sion du moteur en aval du papillon des gaz 5 sans modifier la richesse du mélange, et l'on est ramené pratiquement à la configuration précédente. Une autre variante de l'invention, qui se distingue également par la conception du dispositif de sécurité, est représentée sur la fig 3; dans ce cas, il est prévu une vanne auxiliaire de décharge 18 disposée dans un circuit 19 a en parallèle avec la valve à retard 15, cette vanne auxiliaire 18 étant elle-même commandée par un petit vérin pneumatique 20 à ressort taré dont la chambre de commande est raccordée par une tubulure 21 à la tubulure d'admission 7, en aval du papillon des gaz 5. Ce dispositif de sécurité actionne donc le vérin pneuma- tique principal 11 dans le sens de la décharge en court-circui- tant la valve à retard 15, mais seulement si la pression réelle dans la conduite d'admission 7 risque d'être dangereuse pour le moteur, en tenant compte par conséquent comme dans le cas de la fig 1 que le papillon des gaz 5 peut être plus ou moins partiellement fermé. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de la pression de suralimenta- tion d'un moteur turbocompressé, du type comportant un turbo- compresseur ( 2) dont la partie turbine ( 2 a) est alimentée par la conduite d'échappement ( 3) du moteur ( 1), avec une vanne de décharge ( 8) en dérivation, et dont la partie compresseur ( 2 b) alimente la conduite d'admission ( 6, 7) du moteur ( 1) pourvue d'un papillon des gaz ( 5), et dans lequel la vanne de décharge ( 8) est commandée par un vérin pneumatique ( 11) à ressort de rappel ( 12) agissant dans le sens de la fermeture et dont la chambre de commande ( 13) est raccordée par un conduit de liaison ( 14) à l'une desdites conduites d'admission ( 6,7) et d'échappement ( 3), caractérisé par le fait que dans ledit conduit de liaison ( 14) est interposée une valve à retard ( 15) agencée de manière à restreindre fortement l'écoulement des gaz uniquement dans le sens allant de ladite conduite ( 6, 7) vers la chambre ( 13) du vérin ( 11). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une vanne auxiliaire de décharge ( 18) disposée dans un circuit ( 19) de décharge du côté refoulement du compresseur et commandée par un vérin pneumatique auxi- liaire ( 20) à ressort taré dont la chambre de commande est raccordée par une conduite ( 21) à la tubulure d'admission ( 7) en aval du papillon des gaz ( 5), de telle manière que l'aug- mentation de pression dans cette tubulure d'admission au-delà d'un seuil dangereux produise l'ouverture de la vanne auxi- liaire ( 18). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une soupape automatique auxiliaire de décharge ( 22) disposée dans un circuit ( 19) de décharge du côté refoulement du compresseur et constituée de telle manière que la pression régnant au débouché ( 23) du conduit ( 19) dans le circuit en aval du compresseur provoque directement l'ou- verture de la soupape ( 22) lorsque cette pression excède un seuil prédéterminé. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le circuit de décharge ( 19) relie le circuit en aval du compresseur ( 2) au circuit en amont du compresseur ( 2). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le circuit de décharge ( 19) relie le circuit en aval du compresseur ( 2) à l'atmosphère. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une vanne auxiliaire ( 18) raccordée en parallèle avec ladite valve à retard ( 15) et commandée par un vérin pneumatique auxiliaire ( 20) à ressort taré dont la chambre de commande est raccordée par une con- duite ( 21) à la tubulure d'admission ( 7) en aval du papillon des gaz ( 5), de telle manière que l'augmentation de pression dans cette tubulure d'admission au-delà d'un seuil dangereux produise l'ouverture de la vanne auxiliaire ( 18). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la valve à retard ( 15) est consti- tuée par un étranglement ( 16) et un clapet anti-retour ( 17) placés en parallèle.