Brevet FR2557636A1 — publié le 19850705

Procédé et dispositif de reglage dtun débit d'air ou d'un mélange carburé introduit dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne suralimenté La présente invention concerne un procédé de réglage d'un débit d'air ou d'un mélange carburé introduit dans au moins une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne suralimenté par au moins un turbocompresseur constitué d'un compresseur et d'une turbine reliés par une liaison mécanique. Elle concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Dans les moteurs à combustion interne alimentés par un mélange de carburant et de comburant, la proportion du carburant et du comburant doit se tenir dans des limites très étroites pour assurer un allumage et une combustion corrects sur toute l'étendue de la gamme de puissance. Ce rôle peut être assuré par un mélangeur. La puissance délivrée par ces moteurs est fonction de la masse de mélange qu'ils consomment et l'un des moyens les plus employés pour régler cette masse de mélange introduite pendant la phase d'aspiration consiste à faire varier la pression d'alimentation par un étranglement variable. Dans les moteurs à pression atmosphérique, le mélangeur et l'étranglement variable sont généralement regroupés dans un seul organe appelé "carburateur". Dans les moteurs suralimentés par turbocompresseur, le mélangeur et l'étranglement variable peuvent être également regroupés dans un seul organe appelé "carburateur"-placé en amont du compresseur du turbocom- presseur, mais dans cette configuration, si l'étranglement variable est presque fermé donc si le moteur fonctionne à faible puissance, le compresseur a tendance à aspirer son huile de lubrification. Le mélangeur et l'étranglement variable, peuvent être également séparés, le mélangeur étant alors placé en amont du compresseur et l'étranglement en aval, e'est;-B-dire entre le compresseur et la chambre de combustions mais dans cette confi6uration5 si l'étranglement est pratiquement fermé donc si le moteur fonctionne à faible puissance, le compresseur est exposé au risque de "pompage'. Pour éviter les risques précédents, on peut ajouter à ltétran- glement variable placé en aval du compresseur, une dérivation reliant l'entrée et la sortie de la turbine, munie d'un autre étranglement pouvant ouvrir ou fermer totalement cette dérivation. Un tel dispositif est par exemple, décrit dans le brevet fran çais nO 2.512.497 déposé le 8 Septembre 1982. Toutefois dans ce cas, on observe des difficultés de réalisation de l'étranglement prévu sur la dérivation de la turbine étant donné les températures des gaz d'échappement et leur agressivité au niveau de cette dérivation. Par ailleurs, un étranglement variable situé en aval du compresseur présente un inconvénient. En effet, cet étranglement variable crée une perte d'énergie puisque le moteur sert de pompe à vide lors de la phase d'aspiration. Cette perte d'énergie n'est guère sensible dans la plage de forte puissance, car dans cette plage la perte de charge à l'étranglement est minimum, mais elle est surtout sensible dans la plage de faible puissance et plus encore si ces moteurs au lieu d'être alimentés par la pression atmosphérique ou faiblement suralimentés (rapport de pression 1,2 à 1,3), sont fortement suralimentés (rapport de pression supérieur à 2). La présente invention permet d'éviter les inconvénients précités tout en améliorant le rendement global du moteur d'une valeur qui peut aller jusqu'à 6%. Elle a pour objet un procédé de réglage d'un débit d'air ou d'un mélangé carburé introduit dans au moins une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne suralimenté par au moins un turbocompresseur constitué d'un compresseur et d'une turbine reliés par une liaison mécanique, caractérisé en ce qu'unie dérivation connue en soi, munie d'un étranglement variable, est installée entre l'entrée et la sortie du compresseur, qu'un étranglement variable connu en soi est installé en aval de ladite dérivation sur la tubulure d'admission reliant le compresseur à l'entrée du moteur, que des moyens asservissent l'ouvre ture de l'étranglement variable sur la dérivation à l'ouverture de l'étrånglement variable sur la tubulure d'admission du moteur de telle sorte que lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé à l'entrée du moteur est inférieure ou égale à la pression atmosphérique, on règle le débit d'air ou de mélange carburé par l'étranglement variable situé sur la tubulure d'admission du moteur et simultanément on ouvre la dérivation entre l'entrée et la sortie du compresseur et, inversement, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé est supérieure à la pression atmosphérique, on ouvre l'étranglement variable situé sur la tubulure d'admission et simultanément on supprime la dérivation entre l'entrée et la sortie du compresseur. En variante, une deuxième dérivation connue en soi, munie d'un étranglement variable, est installée entre l'entrée et la sortie de la turbine, et des moyens d'asservissement relient les étranglements variables entre-eux de telle sorte que lorsque la pression de l'air ou du mélange à l'entrée du moteur est inférieure ou égale à la pression atmosphérique, on règle le débit d'air ou de mélange carburé par l'étant glement variable situé sur la tubulure d'admission du moteur et simultanément on ouvre les dérivations entre l'entrée et la sortie de la turbine et entre l'entrée et la sortie du compresseur et, inversement, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé est supérieure à la pression atmosphérique, on ouvre l'étranglement variable situé sur la tubulure d'admission et simultanément on supprime les dérivations entre l'entrée et la sortie de la turbine et entre l'entrée et la sortie du compresseur. Dans un premier mode de réalisation, le dispositif de réglage est caractérisé en ce que la dérivation du compresseur comporte un étranglement variable relié à l'étranglement variable de la tubulure d'admission par un moyen d'asservissement. Dans un deuxième mode de réalisation correspondant à la variante du procédé, le dispositif de réglage est caractérisé en ce que la dérivation du compresseur et la dérivation de la turbine comportent chacune un étranglement variable relié à l'étranglement variable de la tubulure d'admission par des moyens d'asservissement. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux dessins annexés, un moteur à combustion interne muni d'un seuil cylindre et d'un seul turbocompresseur, permettant la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 montre un moteur surallmenté muni d'un dispositif de réglage selon le premier mode de réalisation, le compresseur de ce moteur étant muni d'une dérivation. La figure 2 montre un moteur suralimenté muni d'un dispositif de réglage selon le deuxième mode de réalisation, le compresseur et la turbine de ce moteur étant munis chacun d'une dérivation. La figure 3 montre un mode de réalisation d'un moyen d'asservissement reliant deux étranglements variables. La figure 4, donne en rapport avec la figure 3, la position relative de chaque étranglement donnée par ce mode d'asservissement. La figure 5 montre d'autres variantes de l'invention, dans lesquelles le moteur est alimenté par un carburant liquide ou gazeux injecté soit dans la tubulure d'admission, soit directement dans la chambre de combustion. La figure 1 représente un moteur 1 comportant une chambre de combustion 2 d'un cylindre 3, des moyens d'admission 4 et d'échappement 5, et un turbocompresseur 12A constitué d'un compresseur 13 et d'une turbine 14 reliés par une liaison mécanique 15. Le moteur 1 est alimenté en mélange carburé par un mélangeur 20 qui reçoit une quantité de carburant provenant d'un réservoir (non représenté) par une tuyauterie 21 et une quantité d'air admise par une entrée 22. Le mélangeur 20 est relié à l'entrée 13A du compresseur 13 par une canalisation 23. La sortie 13B du compresseur 13 est reliée à l'entrée du cylindre 3 par une tubulure d'admission 25 munie d'un étranglement variable 30. Le compresseur 13 comporte, entre son entrée 13A et sa sortie 13B, une dérivation 24 munie d'un étranglement variable 40. Cet étranglement variable 40 est relié à l'étranglement variable 30 par des moyens d'asservissement 50A comportant un moyen de manoeuvre 60 mis à la disposition d'un opérateur. Les gaz d'échappement quittent la chambre de combustion 2 par la canalisation 26, pénétrent dans la turbine 14 par l'entrée 14A et quittent celle-ci par la sortie 14B reliée à une canalisation 28 elle-même reliée au dispositif d'échappement (non représenté). Ce moteur fonctionne de la manière suivante : Quand la pression du mélange carburé entrant dans la chambre de combution est inférieure ou égale à la pression atmosphérique, c'est-à dire à faible puissance, l'étranglement variable 40 est ouvert pour court-circuiter le compresseur. Une part importante de la masse de mélange carburé sortant du compresseur passe dans la dérivation 24 évi- tant ainsi le phénomène de pompage du compresseur, et le réglage du débit du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion se fait principalement par l'étranglement variable 30. Quand la pression du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion est supérieure à la pression atmosphérique, c'est-à-dire à forte puissance, l'étranglement variable 30 est ouvert, et le réglage du débit du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion se fait par l'étranglement variable 40 qui en se fermant oblige la masse de mélange carburé sortant du compresseur à pénétrer dans la chambre de combustion. La figure 2 montre le même moteur suralimenté que celui de la figure 1, mais dans cette figure 2, la turbine 14 du turbocompresseur 12B comporte aussi une dérivation 27 munie d'un étranglement variable 70. Cet étranglement variable 70 est relié à l'étranglement variable 30 et à l'étranglement variable 40 par des moyens dasservissement 50B comportant un moyen de manoeuvre 60. Ce moteur fonctionne de la manière suivante Quand la pression du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion est inférieure ou égale à la pression atmosphèrique, c7est-à- dire à faible puissance, l'étranglement variable 40 est ouvert pour court-circuiter le compresseur et éviter ainsi le phénomène de pompage, l'étranglement 70 est ouvert pour limiter la vitesse de rotation de la turbine et le réglage du débit du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion se fait principalement par l'étranglement variable 30. Quand la pression du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion est supérieure à la pression atnosphérique, ctest-à-dire à forte puissance, " étranglement variable 30 est ouvert, et le réglage du débit du mélange carburé entrant dans la chambre de combustion se fait par L tétranglement variable 40 qui en se fermant oblige la masse de mélange earbure sortant au compresseur à pénétrer dans la chambre de combustion, et par l'étranglement variable 70 qui en se fermant rétablit la vitesse de rotation de la turbine. La figure 3, représentant un mode de réalisation d'un moyen d'asservissement, décrit le cas de la figure 1, c'est-à-dire un étranglement variable 30 situé sur la tubulure d'admission 25 et un étranglement variable 40 situé sur la dérivation 24 du compresseur 13, un moyen d'asservissement 50A et un moyen de manoeuvre 60. Bien entendu, cette figure 3 pourrait décrire le cas de la figure 2 en ajoutant l'étrangle- ment variable 70 manoeuvré de la même façon que l'étranglement 40. Dans cette figure 3, les deux étranglements variables 30, 40 sont des vannes papillons et elles sont reliées par le moyen d'asservissement 50A qui est une liaison mécanique manoeuvrant les papillons 31 et 41 des vannes papillons 30, 40. Le papillon 31 de l'étranglement variable 30 placé dans la canalisation 25, est manoeuvré en rotation par une biellette 51 reliée à une barre 53, guidée dans des coussinets 54, 55, et reliée à une biellette 52 manoeuvrant en rotation le papillon 41 de l'étranglement 40 placé dans la canalisation 24. Cette barre est déplacée en translation par un moyen de manoeuvre 60 mis à la disposition d'un opérateur, ce moyen de manoeuvre pouvant être par exemple une pédale d'accélérateur. On considère que l'angle 3 du papillon 31 de l'étranglement 30 est égal à 0 quand ce papillon est perpendiculaire à l'axe de la canalisation 25. Dans ce cas, l'angle 4 du papillon 41 est égal à 0, c'est-à-dire que ce papillon est parallele à l'axe de la canalisation 24. Les courbes de la figure 4 montrent en rapport avec la figure 3, la section de passage S laissée libre par chaque étranglement variable en fonction des angles q3 et 4 des papillons 31 et 41. Au voisinage du point Z3 point de concours des courbes, la pression d'alimentation est sensiblement égale à la pression atmosphérique et les papillons 31 et 41 occupent la position O = 450 Pour une valeur légèrement inférieure à Os le papillon 41 libère rapidement la totalité de la section de l'étranglement 40 neutralisant ainsi l'action du compresseur. Pour les valeurs encore plus faibles de o(3 et La figure 5 montre d'autres variantes dans lesquelles le moteur est alimenté par un carburant liquide ou gazeux, injecté par des moyens connus, soit dans la tubulure d'admission 25 en aval de l'étranglement variable 30 par une canalisation 21A, soit directement dans la chambre de combustion 2 par une canalisation 21B. Le compresseur 13 du turbocompresseur 12A est alors alimenté en air extérieur par la canalisation 23. Bien entendu, ce turbocompresseur 12A peut être remplacé par le turbocompresseur 12B de la figure 2 pour constituer d'autres variantes de l'invention. Sans sortir du cadre de l'invention, tous les types d'étranglements variables peuvent être utilisés, ainsi que tous les moyens d'asservissement qui peuvent être hydrauliques, pneumatiques ou électriques. il est entendu que le système de régulation générale de la vitesse du moteur et/ou de surchage assure l'interdépendance de la fonction d'introduction d'air ou de mélange carburé et de la fonction d'introduction de combustible, tant en régime stable qu'en régime transitoire, d'une façon connue en soi. REVENDICATIONS 1/ Procédé de réglage d'un débit d'air ou d'un mélange carburé introduit dans au moins une chambre de combustion (2) d'un moteur à combustion interne suralimenté (1) par au moins un turbocompresseur (12A) constitué d'un compresseur (13) et d'une turbine (14) reliés par une liaison mécanique (15), caractérisé en ce qu'une dérivation (24) connue en soi, munie d'un étranglement variable (40), est installée entre l'en- trée (13A) et la sortie (13B) du compresseur (13), qu'un étranglement variable (30) connu en soi est installé en aval de ladite dérivation (24) sur la tubulure d'admission (25) reliant le compresseur (13) à l'entrée du moteur (1), que des moyens (50A) asservissent l'ouverture de l'étranglement variable (40) sur la dérivation (24) à l'ouverture de l'étranglement variable (30) sur la tubulure d'admission (25) du moteur, de telle sorte que, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé à l'entrée du moteur est inférieure ou égale à la pression atmosphérique, on règle le débit d'air ou de mélange carburé par l'étranglement variable (30) situé sur la tubulure d'admission (25) du moteur (1) et simultanément on ouvre la dérivation (24) entre l'entrée (13A) et la sortie (13B) du compresseur (13) et, inversement, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé est supérieure à la pression atmosphérique, on ouvre l'étranglement variable (30) situé sur la tubulure d'admission (25) et simultanément on supprime la dérivation (24) entre l'en- trée (13A) et la sortie (13B) du compresseur (13). 2/ Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une dérivation (27) connue en soi, munie d'un étranglement variable (70), est installée entre l'entrée (14A) et la sortie (14B) de la turbine (14), des moyens d'asservissement (50B) relient les étranglements variables (30, 40, 70) entre-eux, de telle sorte que, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé à l'entrée du moteur est inférieure ou égale à la pression atmosphérique, on règle le débit d'air ou de mélange carburé par l'étranglement variable (30) situé sur la tubulure d'admission (25) du moteur (1) et simultanément on ouvre les dérivations (27, 24) entre l'entrée (14A) et la sortie (14B) de la turbine (14) et entre 11 entrée (13A) et la sortie C13B) du compres seur (13) et, inversement, lorsque la pression de l'air ou du mélange carburé est supérieure à la pression atmosphérique, on ouvre l'étran- glement variable (30) situé sur la tubulure d'admission (25) et simultanément on supprime les dérivations (27, 24) entre l'entrée (14A) et la sortie (14B) de la turbine !14) et entre entrée (13A) et la sortie (13B) du compresseur (13). 3/ Dispositif de réglage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dérivation (24) du compresseur comporte un étranglement variable (40) relié à l'étranglement variable (30) de la tubulure d'admission (25) par un moyen d'asservissement (50A). 4/ Dispositif de réglage pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dérivation (24) du compresseur et la dérivation (27) de la turbine comportent chacune un étranglement variable (40, 70) relié à l'étranglement variable (30) de la tubulure d'admission (25) par des moyens d'asservissement (50B). 5/ Moteur à combustion interne suralimenté, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif de réglage selon l'une des revendications 3 à 4.