Brevet FR2524549A1 — publié le 19831007

La présente invention se rapporte à un dispositif de commande pour enclencher et déclencher au moins un turbo- compresseur à gaz d'échappement d'une machine ou moteur à piston à combustion interne, comportant un dispositif d'action- nement d'un mécanisme d'isolement de conduits de gaz d'échappe- ment et d'air de suralimentation, ainsi qu'un distributeur ou valve de commande dudit dispositif d'actionnement, cette valve présen- tant un tiroir qui, logé dans un carter, est poussé, par la force d'un ressort qui agit sur lui, à une position provoquant le déclenchement du turbocompresseur à gaz d'échappement et qui possède une première face extrême de commande sur laquelle la pression de l'air de suralimentation du moteur à piston à combustion interne agit en tant que première pression de commande, à l'encontre de la force du ressort. Dans des moteurs à piston à combustion interne, le déclenchement de turbocompresseurs à gaz d'échappement est effectué pour faire augmenter la pression et la quantité de l'air de suralimentation lorsque l'énergie des gaz d'échappe- ment est réduite par comparaison au fonctionnement à pleine charge, c'està-dire lorsque ledit moteur à combustion interne fonctionne dans sa plage de charges partielles et de vitesses angulaires partielles Dans ce cas, lorsque l'énergie des gaz d'échappement est faible, seul fonctionne un turbocompresseur à gaz d'échappement et, lorsque la puissance ou le rendement du moteur à piston à combustion interne augmente, un ou plu- sieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement sont progressive- ment mis en action en parallèle en plus de ce turbocompresseur, jusqu'à ce que, pour finir, tous les turbocompresseurs à gaz d'échappement présents coopèrent mutuellement lorsque le fonctionnement a lieu à pleine charge La pression de l'air de suralimentation pouvant ainsi être obtenue présente, pour chaque combinaison des turbocompresseurs enclenchés, une allure en dents de scie lorsqu'elle est rapportée au rendement ou à la vitesse angulaire: lors de l'enclenchement du turbo- compresseur supplémentaire, il se produit tout d'abord une chute de la pression de l'air de suralimentation, provoquée par la baisse de la pression des gaz d'échappement par suite * 2524549 de l'ouverture du mécanisme de blocage les gaz d'échappement du turbocompresseur devant être enclenché Ensuite, la pression de l'air de suralimentation croît lorsque le rende- ment augmente, jusqu'à ce qu'il se produise de nouveau une rupture lors de l'enclenchement du turbocompresseur suivant. Pour assurer la commande de l'enclenchement et du déclenchement des turbocompresseurs à gaz d'échappement, il a déjà été proposé, entre autres, d'utiliser en soi la pres- sion de l'air de suralimentation en tant que mesure de l'énergie renfermée par le flux de gaz d'échappement Toute- fois, à cause de l'allure, décrite ci-dessus, de la pression de l'air de suralimentation, il se produirait dans la valve de commande décrite ciavant, après chaque enclenchement d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, un nouveau déclenchement immédiat dû à la rupture de pression. La présente invention a par conséquent pour objet d'empêcher ce nouveau déclenchement et les enclenchements et déclenchements continus qu'il provoque. Selon les caractéristiques essentielles du dispositif de l'invention, le tiroir présente une seconde face extrême de commande sur laquelle une deuxième pression de commande agit de telle sorte que ledit tiroir soit poussé, lorsque la pression de l'air de suralimentation est forte, à la posi- tion d'enclenchement du turbocompresseur à gaz d'échappement et soit poussé, lorsque la pression de l'air de suralimenta- tion est faible, à la position de-déclenchement dudit turbo- compresseur. Ces mesures permettent, moyennant des couts et une complexité modestes, d'empêcher de manière sûre le déclenche- ment indésirable du turbocompresseur à gaz d'échappement par suite de la rupture de pression,obligatoire après l'enclen- chement. La deuxième pression de commande peut, lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est déclenché, agir dans la même direction que la force du ressort sur le tiroir, par l'intermédiaire de la seconde face extrême de commande Dans ces conditions, il est possible de provoquer l'enclenchement du turbocompresseur associé à gaz d'échappement par un blocage de la deuxième pression de commande, sans que la forte pression de l'air de suralimentation, qui est sinon nécessaire à cet effet, soit présente. Cependant, la deuxième pression de commande peut, également lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est enclenché, agir sur le tiroir dans la même direction que la pression de l'air de suralimentation agissant sur la première face extrême de commande, par l'intermédiaire de la seconde face extrême de commande Dans ces conditions, il est possible de provoquer le déclenchement du turbocompresseur associé à gaz d'échappement par un blocage de la deuxième pression de commande, sans que la chute de pression de l'air de suralimen- tation nécessaire à cet effet se soit produite. La deuxième pression de commande peut en outre être commandée par le tiroir de la valve de commande ou par le dis- positif d'actionnement Elle peut avantageusement être formée à partir de la pression de l'air de suralimentation et elle peut en outre actionner un cylindre associé à un organe de butée de la tige de réglage, de telle manière que la tige de réglage du moteur à piston à combustion interne ne puisse parcourir qu'une partie de sa course de réglage lorsque le turbo- compresseur à gaz d'échappement est déclenché. Grâce à cette caractéristique, il est possible d'obtenir de manière simple une limitation efficace de la quantité initiale ou une limitation du remplissage dans la plage inférieure de vitesses angulaires. La valve de commande peut posséder directement des arêtes de commande et des canaux de passage pour le fluide de travail du dispositif d'actionnement, mais il est également possible que le tiroir de cette valve de commande actionne un interrupteur électrique associé à une valve magnétique com- mandant le fluide de travail dudit dispositif d'actionnement. Grâce à ces-mesures, il est possible d'utiliser pour commander l'enclenchement et le déclenchement, en plus de la pression de l'air de suralimentation, d'autres paramètres tels que, par exemple, la vitesse angulaire du moteur à piston à combus- tion interne Cela peut être nécessaire dans certaines condi- tions de fonctionnement particulières. Pour l'invention, l'utilisation de la pression de l'air de suralimentation en tant que grandeur de commande ne constitue pas une condition préalable absolue Il est possible d'utiliser en guise de pression de commande n'importe quelle autre pression dont l'allure est analogue, par exemple la pression des gaz d'échappement, sans pour autant sortir du cadre de la protection revendiquée par la présente demande. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 illustre l'allure de la pression de l'air de suralimentation d'un moteur à piston à combustion interne comprenant en tout trois turbocompresseurs à gaz d'échappement, dont deux sont réalisés de manière à pouvoir être déclenchés, ladite allure de la pression étant rapportée à la puissance dudit moteur à combustion interne, la figure 2 représente schématiquement un dispositif selon l'invention pour enclencher et déclencher un turbocom- presseur à gaz d'échappement, comportant des clapets respec- tifs de gaz d'échappement et d'air de suralimentation, un dispositif d'actionnement et une valve de commande; la figure 3 illustre schématiquement la valve de com- mande avec la deuxième pression de commande agissant dans la même direction que la force du ressort; et la figure 4 montre schématiquement la valve de com- mande avec la deuxième pression de commande agissant à l'en- contre de la force dudit ressort. la figure 1 représente l'allure de la pression de l'air de suralimentation d'une machine ou moteur à piston à combustion interne équipé de trois turbocompresseurs à gaz d'échappement, cette allure étant rapportée à la puissance ou au rendement dudit moteur*à combustion interne. Dans la plage inférieure de la puissance, jusqu'à l'obtention d'une puissance 11, seul est enclenché un premier turbocompresseur à gaz d'échappement La pression de l'air de suralimentation qui est engendrée par ce turbocompresseur est illustrée par un tronçon de courbe 12 Etant donné que la totalité des gaz d'échappement du moteur à combustion interne est dirigée vers ce turbocompresseur, il a atteint, lorsque le moteur à combustion interne fonctionne avec la puissance 11, son point de fonctionnement prévu pour le fonc- tionnement avec les trois turbocompresseurs à pleine charge. Il délivre alors une pression 13 d'air de suralimentation. Dans la plage moyenne de la puissance, de la puissance Il jusqu'à une puissance 14, un deuxième turbocompresseur à gaz d'échappement est enclenché en parallèle avec le premier La pression d'air de suralimentation engendrée par ces deux turbo- compresseurs est illustrée par un tronçon de courbe 15 En présence de la puissance 1 l, les deux turbocompresseurs délivrent une pression 16 d'air de suralimentation et, en présence de la puissance 14, ils délivrent une pression maximale 17 d'air de suralimentation. Dans la plage supérieure de puissance, de la puissance 14 jusqu'à une pleine charge 18, les trois turbocompresseurs à gaz d'échappement sont enclenchés parallèlement les uns aux autres La pression d'air de suralimentation qu'ils engendrent est illustrée par un tronçon de courbe 19. Le gain en pression d'air de suralimentation et éga- lement en quantité d'air de suralimentation obtenu par le déclenchement de turbocompresseurs à gaz d'échappement dans la plage inférieure de la puissanceressort de la différence entre le tronçon de courbe 19 et le tronçon de courbe 12 ou 15 Dans cette plage inférieure de la puissance, il est par conséquent possible d'obtenir de plus grands remplissages et, ainsi, de plus grands couples de rotation. Sur la figure 2, un clapet 20 des gaz d'échappement et un clapet 21 d'air de suralimentation d'un turbocompresseur à gaz d'échappement non représenté sont ouverts ou fermés par un dispositif d'actionnement 22 en fonction des besoins du moteur à piston à combustion interne et le turbocompresseur associé à gaz d'échappement est ainsi enclenché ou déclenché pour refouler de l'air de suralimentation Le dispositif d'actionnement 22 est commandé, par l'intermédiaire de conduits 23 et 24, par une valve de commande 25 présentant, dans un carter 26, un tiroir 27 qui est poussé, par la force d'un ressort 28 qui agit sur lui, à sa position illustrée permettant le déclenchement du turbocompresseur à gaz d'échap- pement En guise de fluide de travail du dispositif d'action- nement 22 et de pression de commande de la valve 25, la pres- sion de l'air de suralimentation du moteur à combustion interne est dirigée vers ladite valve par l'intermédiaire de conduits respectifs 29 et 30, Le tiroir 27 possède une première face extrême de commande 31, sur laquelle la pression de l'air de suralimentation agit en tant que première pression de commande à l'encontre de la force du ressort 28 Le tiroir 27 comporte en outre une seconde face extrême de commande 32, par l'intermédiaire de laquelle, lorsque le turbocompres- seur à gaz d'échappement est déclenché, une deuxième pression de commande agit sur ledit tiroir 27 dans la même direction que la force du ressort 28 Par l'intermédiaire d'un organe de butée 34, cette deuxième pression de commande est mise hors circuit et détendue par le dispositif d'actionnement 22, au moyen d'une valve 33, lors de l'ouverture des clapets et 21 des gaz d'échappement et de l'air de suralimentation, respectivement. Comme décrit ci-dessus, après le démarrage du moteur à piston à combustion interne, seul un premier turbocompres- seur à gaz d'échappement est en service en régime de ralenti et dans la plage inférieure de la puissaiece Le dispositif d'en- clenchement du deuxième turbocompresseur à gaz d'échappement, fonctionnant en parallèle avec le premier dans la plage moyenne de puissance, occupe la position illustrée sur la figure 2 Lorsque la puissance augmente, la pression de l'air de suralimentation croit également dlune manière correspondant au tronçon de courbe 12 (figure 1), cette pression agissant en tant que première pression de commande sur la première face extrême de commande 31 du tiroir 27 par l'intermédiaire du conduit 30, jusqu'à ce que, lorsqu'est atteinte la pression 13 d'air de suralimentation, la force du ressort 28 et la deuxième pression de commande agissant sur la face extrême de commande 32 soient surmontées et que le tiroir 27 soit poussé à son autre position extrême A présent, le conduit 23 est déchargé et le dispositif d'actionnement 22 est solli- cité par la pression grâce au conduit 24 Il en résulte une ouverture du clapet 20 des gaz d'échappement et du clapet 21 de l'air de suralimentation, et le deuxième turbocompresseur à gaz d'échappement est ainsi enclenché Concomitamment, par l'intermédiaire de la valve 33, la deuxième pression de com- mande qui agissait jusque-là sur la seconde face extrême de commande 32 du tiroir 27 est supprimée et détendue Grâce à cette caractéristique, la pression de suralimentation agissant sur la première face extrême de commande 31 est en mesure, même lorsque la pression 16 de l'air de suralimentation accuse une chute, de maintenir le tiroir 27 dans sa position d'enclenchement à l'encontre de la force du ressort 28, ce qui fait que le nouveau déclenchement immédiat du deuxième turbocompresseur à gaz d'échappement résultant de la chute de la pression de l'air de suralimentation est evité Lorsque le rendement continue d'augmenter, la pression de l'air de suralimentation croît d'une manière correspondant au tronçon de courbe 15 jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur 17, instant auquel, par une commande correspondante, l'enclenchement du troisième turbocompresseur à gaz d'échappement se produit de la même manière, comme décrit ci-avant. Lorsque la puissance du moteur à piston à combustion interne baisse, pour passer par exemple de sa valeur 14 à sa valeur 11, la pression de l'air de suralimentation baisse d'une manière correspondant au tronçon de courbe 15 Lorsque la puissance baisse davantage encore, la pression de l'air de suralimentation tombe en deçà de sa valeur 16 et ainsi, en tenant compte d'une hystérésis commode qui évite un mouve- ment oscillatoire causé par le déclenchement et l'enclenche- ment, le déclenchement du deuxième turbocompresseur à gaz d'échappement est amorcé Cela se produit lorsque la force du ressort 28 surmonte la pression de l'air de suralimentation qui agit sur la première face extrême de commande 31 et déplace le tiroir 27 à sa position illustrée provoquant le déclenche- ment De ce fait, le conduit 24 est déchargé et le dispositif d'actionnement 22 est également amené à la position illustrée par la pression régnant dans le conduit 23 Il en résulte que les clapets 20 et 21,respectivement associés aux gaz d'échap- pement et à l'air de suralimentation,sont fermés En même temps, la deuxième pression de commande agit de nouveau sur la seconde face extrême de commande 32 par l'intermédiaire de la valve 33, si bien que le tiroir 27 ne change pas de position, même après que la pression de l'air de suralimentation a augmenté jusqu'en deçà de sa valeur 13. Le dispositif de commande de l'enclenchement et du déclenchement du troisième turbocompresseur à gaz d'échappement est en principe réalisé de manière identique à celui, décrit ci-dessus, associé au deuxième turbocompresseur à gaz d'échap- pement Toutefois, pour que les deux dispositifs de commande ne réagissent pas sous l'effet de la pression 13 de l'air de suralimentation en présence de la puissance 11, l'enclenchement et le déclenchement du troisième turbocompresseur se produisent à des pressions d'air de suralimentation sensiblement plus grandes Dans la pratique et avec les puissances correspon- dantes, les rapports de pression qui peuvent être obtenus dans les turbocompresseurs à gaz d'échappement contredisent ces constatations Les différentes pressions de l'air de suralimen- tation peuvent être prises en compte dans les dispositifs indi- viduels de commande, par exemple au moyen de ressorts diffé- rents. Sur la figure 3, le dispositif de commande comprenant la valve de commande 25, le dispositif d'actionnement 22 et la valve 33 est de réalisation identique à celui de la figure 2 et, par conséquent, il est d'un mode de fonctionnement identi- que A la différence de la figure 2, la deuxième pression de commande est dérivée de la pression de l'air de suralimentation en aval de la valve de commande, de sorte qu'aucune pression particulière n'est nécessaire en guise de deuxième pression de commande et que cette deuxième pression de commande est commandée par ladite valve de commande Par ailleurs, un organe de butée 35 associé à la tige de réglage est également solli- cité par cette deuxième pression de commande De ce fait, il est impossible de régler le moteur à combustion interne à plein remplissage aussi longtemps que le turbocompresseur à gaz d'échappement n'a pas encoore été enclenché Lorsqu'une troi- sième pression de commande agit sur la valve 33, l'enclenche- ment du turbocompresseur peut être provoqué sans que la forte pression de l'air de suralimentation, sinon nécessaire à cet effet, soit présente. La figure 4 illustre un dispositif de commande doté d'éléments identiques à ceux du dispositif de la figure 3. Cependant, lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est enclenché, la deuxième pression de commande agit à l'encontre de la force du ressort 28 sur la valve de commande 25 par l'intermédiaire de la seconde face extrême de commande 32 Par l'action d'une troisième pression de commande sur la valve 33, il est possible de provoquer le déclenchement du turbocompresseur enclenché, sans baisse de la pression de l'air de suralimentation en deçà de sa valeur 16, qui serait sinon nécessaire à cet effet. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande pour enclencher et déclen- cher au moins un turbocompresseur à gaz d'échappement d'une machine ou moteur à piston à combustion interne, comportant un dispositif d'actionnement d'un mécanisme d'isolement de conduits de gaz d'échappement et d'air de suralimentation, ainsi qu'une valve de commande dudit dispositif d'actionnement, cette valve présentant un tiroir qui, logé dans un carter, est poussé, par la force d'un ressort qui agit sur lui, à une position provoquant le déclenchement du turbocompresseur à gaz d'échappement, et qui possède une première face extrême de commande sur laquelle la pression de l'air de suralimenta- tion du moteur à piston à combustion interne agit en tant que première pression de commande, à l'encontre de la force du ressort, dispositif caractérisé par le fait que ledit tiroir ( 27) présente une seconde face extrême de commande ( 32) sur laquelle une deuxième pression de commande agit de telle sorte que ce tiroir soit poussé à la position d'enclenchement du turbocompresseur à gaz d'échappement en présence d'une forte pression de l'air de suralimentation, et soit poussé à la position de déclenchement dudit turbocompresseur à gaz d'échap- pement en présence d'une faible pression de l'air de surali- mentation. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande peut, lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est déclenché, agir dans la même direction que la force du ressort sur le tiroir ( 27), par l'intermédiaire de la seconde face extrême de commande ( 32). 3 U 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande peut être bloquée et l'enclenchement du turbocompresseur associé à gaz d'échappement est ainsi provoqué, sans que la forte pression de l'air de suralimentation, qui est sinon nécessaire à cet effet, soit présente. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande peut, lorsque 1.1 le turbocompresseur à gaz d'échappement est enclenché, agir sur le tiroir ( 27), par l'intermédiaire de la seconde face extrême de commande ( 32), dans la même direction que la pression de l'air de suralimentation agissant sur la première face extrême de commande ( 31). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande peut être bloquée par une troisième pression de commande et le déclen- chement du turbocompresseur associé à gaz d'échappement est ainsi provoqué, sans que la chute de pression de l'air de suralimentation, qui est sinon nécessaire à cet effet, se soit produite. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande est commandée par le tiroir ( 27) de la valve de commande ( 25). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande est commandée par le dispositif d'actionnement ( 22). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande est formée à partir de la pression de l'air de suralimentation. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé par le fait que la deuxième pression de commande actionne en outre un cylindre associé à un organe de butée ( 35) de la tige de réglage, de telle manière que la tige de réglage du moteur à piston à combustion interne ne puisse parcourir qu'une partie de sa course de réglage lorsque le turbocompresseur à gaz d'échappement est déclenché. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé par le fait que la valve de commande possède des arêtes de commande et des canaux de passage pour le fluide de travail du dispositif d'actionnement. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé par le fait que le tiroir de la valve de commande actionne un interrupteur électrique associé à une valve magnétique commandant le fluide de travail du dispositif d'actionnement.