Brevet FR2534973A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne des vannes de freinage sur échappement pour moteurs à combustion interne équipés de turbocompresseurs. Différents types de vannes de freinage sur échappement ont été prévus sur des moteurs à combustion interne équipés d'un turbocompresseur de façon à fournir un moyen de ralentissement du véhicule sur lequel le moteur est monté Elles opèrent en assurant au moins une obturation substantielle du tuyau d'échappement du moteur pendant le fonctionnement de ce dernier de manière que l'énergie nécessaire pour comprimer l'air en opposition à l'obstruction soit renvoyée dans le train d'entra Xnement du véhicule pour le ralentir Un exemple d'un tel système est décrit dans le brevet US n' 4 138 849 auquel on se référera. Un inconvénient de tels dispositifs lorsqu'ils sont montés sur des moteurs comportant un collecteur d'échap- pement divisé et un turbocompresseur pourvu d'un carter de turbine à double entrée ( dans lequel chaque moitié du collecteur divisé est reliée à une entrée respective du carter de turbine) consiste en ce qu'une fermeture de la vanne de freinage sur échappement sépare effectivement les deux moitiés du collecteur divisé en deux récepteurs de gaz de petit volume Il en résulte l'établissement d'une forte crête de pression dans le collecteur d'échappement quand un cylindre se décharge dans le collecteur, ce qui provoque l'écartement de soupapes d'échappement adjacentes de leurs sièges en opposition à la force normale de fermeture du ressort de soupape Cela permet une admission de gaz à haute pression, par l'intermédiaire de la soupape d'échappe- ment écartée de son siège, dans un cylindre quand le piston se trouve à proximité du bas de sa course d'admission Il en résulte que le moteur est obligé de comprimer additionnelle- ment le gaz chaud à haute pression ainsi admis dans le cylindre, ce qui se traduit par des pressions et températures élevées dans le cylindre. Pour résoudre ce problème, il a été d'une pratique courante de réduire la crête de pression d'échappe- ment dans le collecteur d'échappement en prévoyant un moyen de limitation de pression de gaz, usuellement en établissant un trajet de fuite pour les gaz d'échappement par rapport à l'élément de fermeture de soupape Cependant, cela réduit effectivement la pression moyenne d'échappement dans le collecteur et en conséquence l'efficacité du dispositif comme moyen de ralentissement d'un véhicule. La présente invention a pour objet de créer une vanne de freinage sur échappement qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Conformément à un premier aspect de la pré- sente invention, il est prévu une vanne de freinage par échappement utilisable avec un moteur à combustion interne comportant un collecteur d'échappement divisé et un turbo- compresseur pourvu d'une roue de turbine pouvant recevoir deux écoulements séparés de gaz provenant dudit collecteur divisé, ladite vanne étant agencée de manière que, dans une condition de non-freinage sur échappement, des écoulements libres mais séparés puissent passer dans les deux trajets de gaz du collecteur divisé vers la roue de turbine et que dans la condition de freinage sur échappement, l'écoulement de gaz vers la roue de turbine soit arrêté par un élément obturateur de la vanne et qu'une interconnexion entre les deux trajets de gaz soit établie en un endroit placé en amont de l'élément obturateur. Conformément à un second aspect de la présente invention, il est prévu une vanne de freinage sur échappe- ment du type précité, qui comprend une partie creuse compor- tant deux passages d'entrée destinés à communiquer avec les deux moitiés du collecteur d'échappement divisé et deux passages de sortie destinés à communiquer avec les deux passages d'entrée du carter de turbine, un élément réglable monté à l'intérieur de la partie creuse pour effectuer un réglage sélectif entre une position de freinage sur échappe- ment qui empêche pratiquement l'écoulement de gaz des passa- ges d'entrée vers les passages de sortie de la partie creuse et une position de non-freinage sur échappement qui permet un libre écoulement de gaz entre les passages d'entrée et de sortie de la partie creuse, et au moins un autre passage agencé de manière à relier les deux passages d'entrée l'un avec l'autre, ledit autre passage étant non obstrué et ouvert pour permettre l'écoulement de gaz entre les deux passages d'entrée quand l'élément réglable se trouve dans la position de freinage par échappement et étant fermé pour empêcher l'écoulement de gaz entre les deux passages d'entrée quand l'élément réglable se trouve dans la posi- tion de non-freinage sur échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig 1 est une vue en plan et en coupe d'un mode de réalisation d'une vanne de freinage sur échappement conforme à la présente invention, la fig 2 est une coupe faite suivant la ligne-A-A de la - fig 1, la vanne étant ouverte et les passages d'inter- connexion étant fermés, la fig 3 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la fig 1, la vanne étant fermée et les passages d'interconne- xion étant ouverts, la fig 4 est une coupe faite suivant la ligne B-B de la fig 3, la fig 5 est une coupe faite suivant la ligne C-C de la fig 3, la fig 6 est une vue en plan de l'extérieur montrant un mécanisme d'actionnement de la vanne, la fig 7 est une vue en coupe schématique d'un second mode de réalisation conforme à l'invention, comportant une vanne papillon, la fig 8 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la fig 7, la fig 9 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation conforme à l'invention, la fig 10 est une vue en perspective d'un élément de vanne du mode de réalisation de la fig 9, la fig 11 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la fig 9, et la fig 12 est un graphique donnant la pression dans le collecteur d'échappement en fonction de l'angle de vilebre- quin afin de démontrer les avantages de l'invention. Comme le montrent mieux les figures 1, 2 et 3, le premier mode de réalisation est incorporé au carter 10 d'un turbocompresseur 12 à double entrée Le carter 10 comporte une entrée 14 pourvue d'une bride 16 par laquelle le carter peut être fixé sur le côté de décharge d'un collec- teur d'échappement divisé d'un moteur ( non représenté). L'entrée 14 comprend deux passages d'entrée parallèles 14 a, 14 b constituant les deux tubes d'entrée d'un turbocompres- seur à double entrée, chaque moitié du collecteur divisé étant reliée à une entrée respective 15 a, 15 b du carter de turbine pour une décharge au travers d'une roue de turbine 17 tourillonnant de façon appropriée. Les passages 14 a, 14 b peuvent être sélective- ment fermés au moyen d'un dispositif à vanne 18 en vue d'obtenir un freinage du moteur Dans ce mode particulier de réalisation, la vanne est du type à cylindre tournant, comportant un rotor 20 monté à rotation dans une chambre cylindrique 22 au moyen d'arbres solidaires 34 et 19 L'arbre 19 est monté à rotation à l'intérieur d'un bossage 19 a du carter 10 par l'intermédiaire d'un palier 19 b L'arbre 34 traverse un bossage 21 jusqu'à l'extérieur du carter 10 et il est monté à rotation dans un palier 21 a Le rotor-20 comporte une paire de passages de traversée 24, 26 orientés transversalement et qui, dans la condition d'ouverture de la vanne, comme le montre mieux la fig 2, forment des prolon- gements des passages 14 a, 14 b de façon à permettre ainsi un écoulement libre et non étranglé de gaz d'échappement du collecteur divisé vers la roue de turbine 17 En passant entre le collecteur et la roue de turbine 17, les gaz s'écou- -lant dans les passages 14 a, 14 b sont maintenus entièrement séparés dans cette condition de la vanne 18. Cependant, quand la vanne 18 est tournée approximativement de 90 jusque dans sa condition de ferme- ture, en arrêtant l'écoulement vers les entrées 15 a, 15 b du carter de turbine au moyen de sa partie 19 comme indiqué sur les figures 3, 4 et 5, les parties de passages 14 a, 14 b situées en amont de l'élément obturateur de la vanne sont reliées entre elles La section droite de l'interconnexion entre les parties de passages -14 a et 14 b est dimensionnée de manière qu'un étranglement de l'écoulement de gaz passant dans l'interconnexion ne provoque pas, dans l'une ou l'autre moitié du collecteur divisé, des impulsions de pression augmentant au-dessus d'un maximum prédéterminé. La section désirée de passage dans l'inter- connexion peut être établie en prévoyant un seul passage formé soit à l'intérieur du carter de vanne soit à l'inté- rieur de l'élément obturateur de la vanne, soit au moyen d'une pluralité de passages formés à l'intérieur du carter de vanne ou bien à l'intérieur de l'élément obturateur de la vanne La section de passage désirée pour l'interconnexion peut également être établie en prévoyant un ou plusieurs passages à la fois dans le carter de vanne et dans l'élément obturateur de vanne. Comme indiqué sur la fig O 4, une interconnexion est établie par l'intermédiaire d'un évidement 28 ménagé dans le rotor 20 et qui s'étend latéralement par rapport à l'écoulement de gaz dans les passages 14 a et 14 b et trans- versalement à la paroi 44 qui divise ces passages L'autre interconnexion est établie au moyen d'un-évidement 30 d'orien- tation semblable qui est ménagé dans une partie du carter 10 formant La paroi latérale-cylindrique de la chambre 22 Comme le montrent mieux les figures 3 et 5, l'évidement 30 assure la liaison des passages 14 a, 14 b au moyen des trous 24, 26 du rotor qui, dans la condition indiquée sur les figures 3 et 5, sont disposés de manière à rester en communication partielle avec les parties respectives de passage 14 a, 14 b. Ce trajet est indiqué par la flèche A sur la fig 3. En conséquence, par ce moyen, un écoulement de gaz entre les deux passages 14 a, 14 b est permis quand la vanne se trouve dans la condition de fermeture o elle arrête l'écoulement de gaz vers la turbine. Un mécanisme possible pour commander l'actionne- ment de la vanne est représenté sur la fig 6 et utilise un cylindre ou solenoïde d'actionnement 32 monté à l'exté- rieur de façon à faire tourner l'arbre 34 de rotor 18 approximativement de 90 au moyen d'une tringlerie 36 ou d'un bras de manivelle 35 bloqué sur l'arbre 34 d'une manière semblable à ce qui a été décrit dans le brevet US n' 4 183 849 mentionné ci-dessus. -Les figures 7 et 8 représentent un autre mode de réalisation dans lequel le rotor des figures 1 à 5 est remplacé par une vanne papillon 40 montée sur des broches 41 qui sont elles-mêmes montées à rotation dans le carter de façon que la vanne 40 pivote autour d'un axe situé pratiquement dans le plan d'une paroi séparatrice 44 ' La vanne 10 placée dans sa condition d'ouverture ( représentée par des lignes en trait interrompu sur la fig 7) est agencée pour occuper complètement une ouverture 42 de la paroi 44 ' qui sépare les passages 14 a, 14 b mais qui, dans la condition de fermeture de la vanne représentée par des lignes en traits pleins, laisse subsister une liaison ouverte par l'intermédiaire d'une moitié de l'ouverture 42 qui permet aux passages 14 a, 14 b de communiquer libre- ment, comme indiqué par les flèches B sur la fig 7 Un mécanisme d'actionnement est relié à une des broches 41 pour faire pivoter la vanne 40 entre ses positions. Les figures 9 et 10 représentent une autre variante dans laquelle la vanne tournante des figures 1 à est remplacée par une vanne-guillotine linéaire Ce dernier agencement utilise une plaque coulissante 50 agencée pour glisser dans une direction orientée transversalement aux passages 14 a", 14 b" dans des chambres 51 et 53 qui sont solidaires du carter 10 " et qui s'étendent vers l'extérieur à partir de celui-ci Un arbre 55 passe par un trou 57 ménagé dans un bossage 59 partant de la chambre 51 Dans la condition d'ouverture de la vanne, la plaque obturatrice comporte une paire de passages 52, 54 qui permettent un libre écoulement de gaz le long des passages 14 a", 14 b" vers la turbiner Cependant, dans la condition de fermeture de la vanne, un évidement 56 ménagé dans la plaque obturatrice 50 permet une communication entre les passages 14 a", 14 b" tout en arrêtant tout écoulement de gaz vers la roue de turbine. Tous les modes de réalisation décrits ci- dessus assurent une réduction sensible des crêtes de pression se produisant dans le collecteur d'échappement Pour illus- trer ce phénomène, la représentation graphique de la fig Il donne la pression dans le collecteur d'échappement-en fonction de l'angle de vilebrequin pour trois cylindres d'un moteur à six cylindres déchargeant ses gaz d'échappement dans une moitié d'un collecteur divisé La courbe C présen- tant les crêtes maximales et de petites crêtes întermédiai- res est celle qui est obtenue lorsqu'une vanne de freinage sur échappement est utilisée en séparant efficacement le collecteur d'échappement en deux parties distinctes La courbe D comportant des crêtes approximativement égales est celle qui est obtenue lorsqu'on utilise une vanne de freinage sur échappement qui établit une liaison entre les deux moitiés du collecteur, comme cela a été proposé ci- dessus Cela double effectivement le volume dans lequel chaque cylindre se décharge et il est ainsi possible d'obte- nir de plus faibles crêtes de pression Des conditions sem- blables existent dans chaque moitié d'un collecteur d'échap- pement divisé pour tout moteur à cylindres multiples. L'effet de ce système consiste à réduire la crête de pression à une valeur inférieure à la pression pouvant écarter des soupapes d'échappement de leurs sièges et il est en même temps possible d'augmenter la valeur moyenne de la pression dans le collecteur d'échappement. Cela signifie que chaque cylindre se décharge en opposition à une pression supérieure dans le collecteur d'échappement, ce qui augmente efficacement l'effet de freinage du moteur sur le véhicule En même temps, les températures dans les cylindres sont réduites par comparaison à la condition o aucune interconnexion n'est prévue. REVENDICATIONS 1 Vanne de freinage sur échappement utilisable avec un moteur à combustion interne comportant un collecteur d'échappement divisé et un turbocompresseur pourvu d'une roue de turbine pouvant recevoir deux écoulements séparés de gaz provenant dudit collecteur divisé, ladite vanne étant caractérisée en ce que, dans une condition de non- freinage sur échappements des écoulements libres mais séparés sont établis dans les deux trajets de gaz ( 14 a, 14 b) s'étendant du collecteur divisé à la roue de turbine alors que, dans une condition de freinage sur échappement, un écoulement de gaz vers la roue de turbine est arrêté par un élément obturateur ( 19; 40; 50) de la vanne et une inter- connexion entre les deux trajets de gaz ( 14 a, 14 b) est établie en un endroit placé en amont de l'élément obturateur ( 19; 40 ) - 2 Vanne de freinage sur échappement utilisable avec un moteur à combustion interne comportant un collecteur d'échappement divisé et un turbocompresseur pourvu d'une roue de turbine pouvant recevoir deux écoulements séparés de gaz provenant dudit collecteur divisé, ladite vanne étant caractérisée en ce qu'elle comprend une partie creuse ( 22) comportant deux passages d'entrée ( 14 a, 14 b) destinés à communiquer avec les deux moitiés du collecteur d'échap- pement divisé et deux passages de sortie ( 15 a, 15 b) desti- nés à communiquer avec les deux passages d'entrée du carter de turbine, un élément réglable ( 20) monté à l'in- térieur de la partie creuse ( 22) pour assurer un réglage sélectif entre une position de freinage sur échappement qui empêche pratiquement l'écoulement de gaz des passages d'entrée vers les passages de sortie de la partie creuse et une position de non-freinage sur échappement qui permet un libre écoulement de gaz entre les passages d'entrée et de sortie de la partie creuse, et au moins un autre passa- ge ( 28, 30) agencé de manière à relier les deux passages d'entrée ( 14 a, 14 b) l'un avec l'autre, ledit autre passage étant non obstrué et ouvert pour permettre l'écoulement de gaz entre les deux passages d'entrée quand l'élément réglable ( 20) se trouve dans la position de freinage sur échappement et étant fermé pour empêcher l'écoulement de gaz entre les deux passages d'entrée ( 14 a, 14 b) lorsque l'élément réglable ( 20) se trouve dans la position de non- freinage sur échappement. 3 Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vanne a une configuration cylindrique tournante et comprend un rotor ( 20) qui constitue ledit élément réglable et qui est monté à rotation dans ladite partie creuse de la vanne, le rotor ( 20) comportant une paire de passages de traversée ( 24, 26) orientés transversalement et qui, dans la condition d'ouver- ture de la vanne, permettent ledit libre écoulement de gaz entre lesdits passages d'entrée et de sortie. 4 Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans la position de fermeture de la vanne, lesdits passages d'entrée ( 14 a, 14 b) sont reliés entre eux au moyen d'un ou plusieurs passa- ges ( 30) ménagés dans la paroi de ladite partie creuse ( 22). 5 Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans la position de fermeture de la vanne, lesdits passages d'entrée ( 14 a, 14 b) sont reliés entre eux au moyen d'un ou plusieurs passa- ges ( 28) formés à l'intérieur dudit rotor. 6 Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 3, caractérisée en ce que, dans la position de fermeture de la vanne, lesdits passages d'entrée ( 14 a, 14 b) sont reliés entre eux au moyen d'un ou plusieurs passa- ges ( 28) formés à l'intérieur du rotor et au moyn d'un ou plusieurs passages ( 30) formés dans la paroi de ladite partie creuse ( 22). 7 Vanne de freinage sur échappement selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le rotor contient un évidement périphérique qui, en combinaison avec un bord extrême d'une paroi centrale ( 44) disposée entre les deux passages d'entrée précités ( 14 a, 1-4 b), forme ledit passage ( 28) ménagé dans le rotor et par lequel les passages d'entrée sont reliés entre eux dans la position de fermeture de la vanne. 8 Vanne de freinage sur échappement selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe d'actionnement ( 32) monté à l'extérieur pour faire tourner sélectivement le rotor ( 20) entre ses positions de fermeture et d'ouverture. 9 Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vanne a une configuration de papillon et comprend un élément pivotant en forme de volet ( 40) qui constitue ledit élément réglable et qui est monté à rotation dans ladite partie creuse de la vanne, l'axe de pivotement dudit élément en forme de volet ( 40) sétant placé dans le plan d'une paroi ( 44 ') disposée entre lesdits passages d'entrée de manière que, dans la condition d'ouverture de la vanne, l'élément en forme de volet ( 40) occupe complètement une ouverture ( 42) ménagée dans la paroi alors que, dans la position de ferme- ture de la vanne, l'élément en forme de volet obture les- dits passages de sortie et permet une interconnexion des passages d 'entrée par l'intermédiaire de la moitié d'amont de ladite ouverture ( 42). Vanne de freinage sur échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la vanne comprend un élément en forme de plaque coulissante ( 50) qui constitue ledit élément réglable et qui est monté de façon à se dépla- cer linéairement dans une direction orientée dans l'ensemble transversalement auxdits passages d'entrée et de sortie, ledit élément en forme de plaque ( 50) comprenant deux passa- ges de traversée ( 52, 54) qui, dans la condition d'ouverture de la vanne, assurent respectivement l'interconnexion des passages d'entrée ( 14 a, 14 b) avec les passages de sortie ( 15 a, 15 b), et un évidement ( 56) qui, dans la condition de fermeture de la vanne, assure l'interconnexion desdits passages d'entrée ( 14 a, 14 b).