Brevet FR2601720A1 — publié le 19880122

La présente invention concerne un procédé pour commander en fonction de la charge un turbocompresseur qui est installé sur un moteur à combustion interne et qui comporte pour la turbine un distributeur réglable, qui est déplaçable en direction de la position d'ouverture ou en direction de la position de fermeture par l'intermédiaire d'un mécanisme d'actionnement pouvant être commandé par un dispositif de commande en fonction d'un signal de pression de suralimentation. D'après la demande de brevet allemand DE-OS 29 43 729, il est connu de commander le distributeur de la turbine d'un turbocompresseur de telle sorte que, lors d'une transition entre la gamme inférieure et la gamme moyenne de charge, il soit transféré de la position d'ouverture jus15 que dans la position de fermeture o il reste jusqu'à le transition de la gamme moyenne jusque dans la gamme supérieure de charge, pour être ramené ensuite à nouveau dans la position d'ouverture. Ce mode de commande présente l'inconvénient que le turbocompresseur réagit mal lors de variations positives de la charge, notamment dans un passage de la gamme inférieure à la gamme supérieure de charge, c'est-à-dire qu'il s'écoule un intervalle de temps relativement grand jusqu'à ce que le compresseur établisse la pression de suralimentation correspondant à la quantité de 25 carburant injectée. En outre dans le Manuel d'Atelier de la Demanderesse " Model Year 1985 Passenger Cars USA Version ", il est décrit au chapitre "Models 107, 123, 126, 201 ", page 103 un dispositif qui produit, en fonction, entre autres, de la charge du moteur et de la pression de suralimentation, à l'aide d'un convertisseur de pression opérant pneumatiquement, une dépression servant à commander une boîte de vitesses automatique. Cependant le document précité ne fournit aucune indication sur la façon dont est 35 commandé le distributeur de turbine d'un turbocompresseur. L'invention a pour but de créer un procédé du type défini dans le premier paragraphe, à l'aide duquel le temps de réaction d'un turbocompresseur soit maintenu au minimum dans le cas d'une variation positive de la charge, tout en garantissant cependant une consommation optimale de carburant. Ce problème est résolu conformément à l'invention 5 en ce que le distributeur de la turbine est actionné, dans le cas d'une variation positive de la charge, initialement conformément à une première courbe caractéristique prédéterminée en direction de la position de fermeture et ensuite, en fonction de l'augmentation de la pression de suralimen10 tation qui est conditionnée par l'augmentation de la charge, et en correspondance avec une seconde courbe caractéristique prédéterminée, à nouveau en direction de la position d'ouverture. Le fait que le distributeur de la turbine soit actionné dans le cas d'une variation positive de la charge, c'est-à-dire lors d'une augmentation de la charge, initialement en direction de la position de fermeture, a pour conséquence que d'une part la vitesse d'incidence des gaz d'échappement sur les ailettes de la turbine est augmentée 20 et que d'autre part la direction d'incidence des gaz d'échappement sur les ailettes de la turbine est optimisée. L'expression " position de fermeture " définit la position du distributeur de la turbine dans laquelle celui-ci dégage une section minimale de passage des gaz d'échappe25 ment pour la sollicitation des ailettes de la turbine; d'une manière analogue, une section maximale de passage est dégagée dans la position d'ouverture. On obtient ainsi, en ce qui concerne la turbine, les meilleures conditions pour accélérer le plus rapidement possible le turbocompres30 seur. Dans la phase suivante o la pression de suralimentation croit, le distributeur de la turbine est à nouveau déplacé en direction de la position d'ouverture, ce qui présente l'avantage que, par suite de l'augmentation naturelle du débit pondéral de gaz d'échappement, la pression dynamique en amont de la -turbine ne peut à aucun moment devenir trop grande par suite d'une trop petite section de passage de l'écoulement, de sorte qu'également la consommation de carburant reste minimale. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comportant d'une partun convertisseur de pression recevant par l'intermédiaire d'un premier raccord un premier signal de dépression produit par une pompe à vide, par l'intermédiaire d'un second raccord un second signal de dépression qui est modulé en fonction de la position du levier d'actionnement disposé sur la pompe d'injection du moteur à combustion interne et par l'intermédiaire d'un troisième raccord un signal de pression de suralimentation, ce convertisseur de pression produisant en fonction des signaux de pression qui lui sont appliqués une dépression de commande servant à commander un composant installé sur un véhicule, et d'autre part une soupape disposée dans le conduit appliquant le second signal de 15 dépression au convertisseur de pression et au moyen de laquelle ce aonduit peut si nécessaire être obturé et simultanément une liaison peut être établie entre la pompe à vide et le second raccord du convertisseur de pression, est caractérisé en ce que le mécanisme de manoeuvre actionnant le distributeur de la turbine du turbocompresseur est sollicité par la dépression de commande. Selon d'autres particularités du dispositif conforme à l'invention: - la dépression de commande assure la commande du distributeur de turbine de telle sorte qu'il soit déplacé en direction de la position de fermeture quand la charge croit, qu'il soit déplacé en direction de la position d'ouverture quand la pression de suralimentation croit et qu'il se trouve au ralenti dans la position de 30 fermeture. - Le mécanisme de manoeuvre est relié au convertisseur de pression par l'intermédiaire d'un conduit pneumatique. - Le distributeur de la turbine est déplacé en direction de la position de fermeture lorsque la dépression de 35 commande croit. 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 au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente un schéma de principe d'un exemple de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, et la figure 2 représente, sous la forme d'un diagramme PVTG f (Pusv' PL)' la relation qualitative existante entre le signal de dépression PUSV modulé en fonction du levier de manoeuvre, et la dépression de commande PVTG servant à la commande du distributeur de la turbine, ou du 10 mécanisme de manoeuvre assurant son actionnement, sous l'influence de la pression de suralimentation PL' La figure 1 représente un moteur Diesel 1, suralimenté à l'aide d'un turbocompresseur 2 et comportant un conduit d'air de suralimentation 3 et un conduit de gaz 15 d'échappement 4. La partie-turbine 5 du turbocompresseur 2 est pourvue d'un distributeur réglable, qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un mécanisme de manoeuvre 6 sollicité pneumatiquement. Le distributeur peut alors prendre toute position entre la position de fermeture, dans laquelle les ailettes de la turbine sont sollicitées par les gaz d'échappement par l'intermédiaire d'une section minimale de passage, et la position d'ouverture, dans laquelle la section de passage d'écoulement est maximale. Le mécanisme de manoeuvre 6 est sollicité, par 25 l'intermédiaire d'un conduit de dépression 7, par une dépression de commande PVTG, qui est produite par un convertisseur de pression 8 opérant pneumatiquement en fonction de la position du levier de manoeuvre 10, disposé sur la pompe d'injection 9 du moteur Diesel 1, et de la pression PL dans le conduit d'air de suralimentation 3. Le convertisseur de pression 8 proprement dit se compose d'un carter 11 dans lequel deux embranes 13 et 14, reliées rigidement l'une avec l'autre par l'intermédiaire 35 d'un élément d'accouplement 12, forment trois volumes de commande 15 à 17 qui sont délimités par le carter 11. La membrane 13 a une surface supérieure à celle de la membrane 14. Sur le carter 11, il est prévu quatre raccords pneumatiques 18 à 21 parmi lesquels les raccords 18 et 19 débouchent dans le volume de commande 15, le raccord 20 dans le volume de commande 16 et le raccord 21 dans le volume de commande 17. La membrane 13 comporte un orifice 22 qui peut être obturé au moyen d'une plaque de soupape 24 s'appuyant au moyen d'un ressort 23 contre l'élément d'accouplement 12. En outre, le raccord 18 peut être fermé par la plaque de soupape 24. La membrane 13 s'appuie par l'intermédiaire d'un ressort de réglage 25 contre la partie 10 supérieure du carter. Sur le côté inférieur de la membrane 13 s'applique un ressort de réglage 26 dont la précontrainte peut être influencée de l'extérieur au moyen d'une butée réglable 27. Par l'intermédiaire du conduit de dépression 28, 15 qui est disposé sur le raccord 18, le convertisseur de pression 8 est relié directement à une pompe à vide 29. Du conduit 28 dérive un conduit de dépression 30 aboutissant à une soupape de commande de dépression 31 qui est installée sur la pompe d'injection 9 et qui est reliée par l'inter20 médiaire d'une tringlerie 32 avec le levier de manoeuvre 10 de la pompe d'injection 9. Sous l'effet de la soupape de commande de dépression 31, la dépression produite par la pompe à vide 29 est modulée en fonction de la position du levier de manoeuvre ( par exemple par une ventilation correspondante) et elle est transmise au volume de commande 16 du convertisseur de pression 8 par l'intermédiaire du conduit de dépression 33, qui est disposé sur le raccord 20. La modulation de dépression est effectuée de telle sorte que, lors d'une augmentation de la déviation du levier de 30 manoeuvre, c'est- à-dire lors d'une augmentation de la quantité de carburant injectée, également la dépression PUSV appliquée au convertisseur de pression 8 par l'intermédiaire du raccord 20, soit augmentée. La soupape de commande de dépression est cependant conçue de telle sorte que la 35 dépression régnant dans le volume de commande 16 reste à tous moments, même à pleine charge, plus petite que celle régnant dans le volume de commande 15. Dans le conduit 33, il est en outre prévu une électrovanne 34 pouvant être commandée électroniquement et qui assure en cas de besoin soit une liaison directe du raccord 20 avec la soupape de commande de dépression 31 ( flèche 35 dans la vanne 34), ou bien une séparation, c'est-à-dire une fermeture, de la première partie du conduit 33, soit par l'intermédiaire d'un dégagement du conduit 36, qui part également du conduit 28, une liaison avec la pompe à vide 29 ( fèche 37 dans la vanne 34). Pour tenir compte de l'influence de la pression de surali10 mentation PL' un autre conduit pneumatique 38 part du conduit d'air de suralimentation 3 et assure la sollicitation du volume de commande 17 du convertisseur de pression 8 par la pression de suralimentation PL' Le mécanisme de manoeuvre 6 est conçu de telle sorte que, lors d'une augmentation de la dépression dans le conduit 7, il actionne le distributeur de la turbine en direction de la position de fermeture, et inversement. Du fait de la structure du convertisseur de pression 8, il s'établit, en un point de fonctionnement 20 stationnaire, un équilibre de forces entre en premier lieu la force résultante de membrane engendrée par la dépression modulée dans la soupape de commande de dépression 31 et qui agit, à cause de la plus grande surface de la membrane 13 dans le sens de la flèche 39, en second lieu 25 la force s'exerçant sur la membrane 14 sous l'effet de la pression de suralimentation PL dans un sens opposé à la flèche 39, en troisième lieu la force s'exerçant sur la membrane supérieure 13 en fonction de la dépression appliquée au mécanisme de manoeuvre 6 et qui agit en sens opposé 30 à la flèche 39 et en quatrième lieu la résultante de la force du ressort d'actionnement et du ressort de réglage qui agit dans le sens de la flèche 39. Lorsque la dépression appliquée au raccord 20 augmente, c'est-à-dire lorsque la quantité de carburant 35 injectée croit, l'ensemble de membranes se déplace dans le sens de la flèche 39 à cause de la différence entre les grandeurs des surfaces de membranes, de sorte que la plaque de soupape 24 est soulevée du raccord 18 et qu'il se produit une augmentation de la dépression régnant dans le volume de commande 15 et également de la dépression appliquée au mécanisme de manoeuvre 6. La plaque de soupape 24 reste écartée du raccord 18 jusqu'à ce que la dépression régnant dans le volume de commande 15 soit suffisamment grande pour qu'il s'établisse à nouveau un équilibre de forces. Lorsqu'il se produit maintenant par exemple une augmentation de la pression de suralimentation PLé l'ensemble des membranes est déplacé vers le haut dans le sens opposé au sens de la flèche 39, de sorte que la plaque de soupape 24 est écartée de l'orifice 22 de la membrane 13 et qu'en conséquence, sous l'effet d'une diminution de la dépression dans le volume de commande 16, il se produit une réduction de la dépression dans le volume de commande 15, et notamment 15 jusqu'à ce qu'il s'établisse à nouveau un équilibre de forces. Dans cette phase, le raccord d'établissement de vide 18 reste fermé par la plaque de soupape 24. La réduction de la dépression dans le volume de commande 15 produit alors, par l'intermédiaire du mécanisme de manoeuvre 6, un 20 mouvement du distributeur de turbine en direction de la position d'ouverture. Un mouvement correspondant se produit lors d'une réduction de la charge du moteur. Dans ce cas également, mais maintenant par suite de la diminution de la dépression dans le volume de commande 16, l'ensemble de membranes se déplace dans un sens opposé au sens de la flèche 39 de sorte que le volume de commande 15 est ventilé par l'intermédiaire de leorifice 22 également jusqu'au rétablissement de l'équilibre de forces. Lorsque l'électrovanne 34 est branchée de telle sorte que le raccord 20 du convertisseur de pression 8 soit directement relié à la pompe à vide 29 ( flèche 37), l'ensemble de membranes se déplace dans le sens de la flèche 39, de sorte que la dépression dans le volume de commande 15 est augmentée immédiatement, et notamment jusqu'à ce que l'équilibre de forces soit à nouveau établi ce qui se produit cependant maintenant lorsque la dépression maximale est appliquée au volume de commande 15. Pour le distributeur de la turbine du turbocompresseur 2, cela signifie qu'il passe dans la position de fermeture. électrovanne 34 occupe la position de commande décrite ci-dessus dans la condition de ralenti ( cf. la figure 2 et la partie correspondante de la description). Sur la figure 2 est représenté qualitativement le mode de fonctionnement du convertisseur de pression 8 à l'aide d'un diagramme 40 donnant une représentation graphique de la fonction PVTG = f PUsv pL) Dans le diagramme 40, les abscisses 41 indiquent la dépression PUSV' 10 modulée en fonction de la déviation du levier d'actionnement par la soupape de commande de dépression 31, cette dépression augmentant à mesure que la déviation du levier d'actionnement croit, auquel cas PUSVLL correspond à la dépression régnant au ralenti et PUSVVL correspond à la 15 dépression à pleine charge. Les ordonnées 42 indiquent la dépression de commande PVTG servant à la commande du mécanisme de manoeuvre 6 assurant l'actionnement du distributeur de la turbine. Sur le diagramme, PVTGauf désigne la dépression qui fait passer le distributeur complètement dans la position d'ouverture tandis que PVTGzu désigne la dépression qui le fait passer complètement dans la position de fermeture. Dans le cas d'une variation positive de charge Pusv o on passe de PUSVà a PUSV2 pour une pression de 25 suralimentation momentanée PLl' il se produit initialement dans le convertisseur de pression 8, conformément à la courbe caractéristique 43, une augmentation de dépression de commande de a PVTG' de sorte que le distributeur de la turbine est déplacé, en fonction de la croisssance de la 30 courbe caractéristique 43, c'est-àdire en fonction du réglage du convertisseur de pression 8, plus ou moins en direction de la position de fermeture (PVTGzu), ce qui permet d'obtenir pour cette variation de charge à PUSV les condtions optimales pour une accélération rapide du turbocompresseur 2. Cependant lorsque la durée augmente, la pression de suralimentation PL augmente également par suite de la croissance du débit pondéral de gaz d'échappement. On en tient compte dans le calcul par le fait que maintenant le convertisseur de pression 8 adapte la dépression de commande PVTG à la pression de suralimentation correspondante PL' en la réduisant notamment lorsque la pression de suralimentation PL croit, de sorte que le distributeur de la turbine est à nouveau déplacé en direction de la position d'ouverture. Les différentes courbes 44 sont des courbes caractéristiques correspondant à une pression de suralimentation PL constante, cette dernière augmentant dans 10 le sens de la flèche 45. Le distributeur de la turbine est maintenant déplacé en direction de la position d'ouverture jusqu'à ce que, pour la charge PUsv2' une pression de suralimentation PL2 restant constante ( courbe caractéristique 46) soit réglée. En ce point de fonctionnement, le distributeur est alors placé dans la position correspondant à la dépression PVTGE' Un processus analogue se déroule dans le cas d'une variation négative de la charge, c'est-à-dire que le distri20 buteur de la turbine est initialement déplacé, en correspondance avec une courbe caractéristique avec pression de suralimentation constante, en direction de la position d'ouverture et ensuite, lorsque la pression de suralimentation est réduite sous l'effet d'une diminution de la charge, il est 25 à nouveau déplacé en direction de la position de fermeture, et notamment jusqu'à ce qu'également dans ce cas un point de fonctionnement stable soit atteint. Pour que, lors d'une variation de la charge à partir du ralenti, notamment dans le cas de variations relativement grande de la charge pour lesquelles le distributeur doit être déjà amené à proximité de la position de fermeture ou même complètement dans cette position, il ne se produise pas de retards trop importants, il est avantageux, dans la condition de ralenti, de maintenir le distributeur 35 de la turbine dans la position de fermeture ( point 47). Ce résultat est obtenu en faisant en sorte que l'électrovanne34 soit amenée dans la condition de ralenti dans la position de commande ( cf. figure 1, flèche 37) reliant directement le raccord 20 du convertisseur de pression 8 avec la pompe à vide 29. Pour pouvoir contrebalancer la dépression de commande, on peut prévoir de disposer dans le conduit 7, entre le convertisseur de pression 8 et le mécanisme de manoeuvre 6, une valve de ventilation qui peut être ouverte en fonction de paramètres déterminés de fonctionnement du moteur, comme par exemple la température, la vitesse de rotation, etc., de manière que la pression atmosphérique 10 soit appliquée au mécanisme de manoeuvre 6 et qu'ainsi le distributeur de la turbine soit amené dans la position d'ouverture. REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander en fonction de la charge un turbocompresseur qui est installé sur un moteur à combustion interne et qui comporte pour la turbine un distributeur réglable. qui est déplaçable en direction de la position d'ouverture ou en direction de la position de fermeture par l'intermédiaire d'un mécanisme d'actionnement pouvant être commandé par un dispositif de commande en fonction d'un signal de pression de suralimentation, caractérisé en ce que le distributeur de la turbine est actionné, dans le cas d'une variation positive de la charge, initialement conformément à une première courbe caractéristique prédéterminée (43) en direction de la position de fermeture et ensuite, en fonction de l'augmentation de la 15 pression de suralimentation qui est conditionnée par l'augmentation de la charge, et en correspondance avec seconde courbe caractéristique prédéterminée, à nouveau en direction de la position d'ouverture. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant d'une part un convertisseur de pression recevant par l'intermédiaire d'un premier raccord un premier signal de dépression produit par une pompe à vide, par l'intermédiaire d'un second raccord un second signal de dépression qui est modulé en fonction de la 25 position du levier d'actionnement disposé sur la pompe d'injection du moteur à combustion interne et par l'intermédiaire d'un troisième raccord un signal de pression de suralimentation, ce convertisseur de pression produisant en fonction des signaux de pression qui lui sont appliqués 30 une dépression de commande servant à commander un groupe installé sur un véhicule, et d'autre part une soupape disposée dans le conduit appliquant le second signal de dépression au convertisseur de pression et au moyen de laquelle ce conduit peut si nécessaire être obturé et 35 simultanément une liaison peut être établie entre la pompe à vide et le second raccord du convertisseur de pression, caractérisé en ce que le mécanisme de manoeuvre (6) actionnant le distributeur de la turbine du turbo- compresseur (2) est sollicité par la dépression de commande. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dépression de commande assure la commande du distributeur de turbine de telle sorte qu'il soit déplacé en direction de la position de fermeture quand la charge croit, qu'il soit déplacé en direction de la position d'ouverture quand la pression de suralimentation croit et qu'il se trouve au ralenti dans la position de fermeture. 4.. Dispositif selon une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le mécanisme de manoeuvre (6) est relié au convertisseur de pression (8) par l'intermédiaire d'un conduit pneumatique (7). 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le distributeur de la turbine 15 est déplacé en direction de la position de fermeture lorsque la dépression de commande croît.