Brevet FR2614649A1 — publié le 19881104

"Compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique". La présente invention a pour objet un D compresseur de suralimentation et, notamment, un compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique pour suralimenter des moteurs à combustion interne tels que des moteurs d'automobiles, des moteurs marins et des moteurs industriels. Le document de brevet japonais provisoire n i0 51-37316 décrit un compresseur de suralimentation 13 à vis et à commande mécanique représenté sur les figures 3 et 4 ci-annexées. Ce compresseur de suralimentation 13 à vis commande mécanique (désigné simplement dans la suite par "compresseur de suralimentation à vis") comporte un couple de rotors à vis femelle et mâle 14 et 15 qui sc-t entraînés en rotation, au moyen d'une poulie d'entraînement 16, de courroies 17 et d'une poulie menée 18, à partir d'un vilebrequin 12, pour aspirer de l'air à travers un filtre d'aspiration 19 et suralimenter un moteur à combustion interne 11 (désigné simplement dans la suite par "moteur"). Le compresseur de suralimentation à vis 13 utilisant les rotors à vis 14 et 15 est du type volumétrique, la vitesse de rotation des rotors à vis 14 et 15 étant proportionnelle à la vitesse de rotation du vilebrequin 12 du moteur 11. Par conséquent, le compresseur de suralimentation à vis 13 a pour avantage que le moteur peut être suralimenté au démarrage et pendant l'accélération sans aucun décalage dans le temps, ce qui est impossible lorsqu'on utilise un compresseur de suralimentation entrainé par une turbine à gaz d'échappement (turbocompresseur de suralimentation). Théoriquement, le compresseur de suralimentation à vis 13 refoule de l'air à un débit de sortie proportionnel à la vitesse de rotation des rotors à vis 14 et 15, parce que le compresseur de suralimentation à vis 13 est du type volumétrique. Cependant, un compresseur de suralimentation à vis de ce type, pose, comme en principe tout compresseur à vis, un problème en ce que de l'air fuit à travers l'intervalle entre les dents des rotors à vis, ce qui réduit le rendement volumétrique nv, notamment dans la gamme des faibles vitesses de rotation, comme représenté sur la figure 5. En conséquence, quand le compresseur de suralimentation à vis 13 est entrainé par un moteur, la pression de suralimentation de ce compresseur de suralimentation à vis 13 s'abaisse et il est donc incapable de fournir suffisamment d'air lorsque le moteur 11 fonctionne à faible vitesse. La relation de fonctionnement entre le moteur 11 et le compresseur de suralimentation à vis 13 est exprimée par: nl.P1.Vthl.nV1 = n2.P2.Vth2. nV2 (1) dans laquelle ni et n2 sont les vitesses de rotation, P1 et P2 sont les pressions, Vth1 et Vth2 sont les volumes de gaz théoriques refoulés à chaque tour et nvl, nv2 sont les rendements volumétriques (degrés de fuite). L'indice "1" correspond au compresseur de suralimentation à vis et l'indice "2" correspond au moteur 11. Par conséquent, 2, P2 nl.Vthl1nVl.P1/n2.Vth2.nV2 (2) Dans l'expression (2) , nl/n2 est une constante parce que la vitesse de rotation n1 du rotor à vis est proportionnelle à la vitesse de rotation n2 du moteur. Le rendement volumétrique nV1 décroît lorsque la vitesse de rotation n1 diminue, comme cela est représenté sur la figure 5. Les volumes théoriques Vth1 et Vth2 sont constants pour les machines volumétriques et, théoriquement, le rendement volumétrique nV2 est une constante. Donc, comme cela est évident à partir de l'expression (2), la pression P2 est faible lorsque les rotors à vis tournent à une faible vitesse de rotation. Il en résulte que le moteur 11 ne peut pas être suffisamment suralimenté lorsque sa vitesse est faible. Le problème -précédent a été étudié en ne considérant que la vitesse de rotation n1 des rotors à vis du compresseur de suralimentation à vis 13 sans tenir compte des conditions de charge du moteur 11. Cependant, lorsqu'il fonctionne, le moteur 11 a besoin en pratique d'un taux de suralimentation optimal correspondant aux conditions de charge. La relation entre le taux de suralimentation optimal, la charge du moteur et sa vitesse sera désignée ici par "caractéristique de suralimentation". Pour avoir une suralimentation satisfaisante, le taux de suralimentation doit être réglé conformément à la caractéristique de suralimentation. Pourtant, le compresseur de suralimentation à vis 13 n'est pas en mesure de suralimenter le moteur 11 à un taux de suralimentation optimal en tenant compte des conditions de charge du moteur 11 parce que le rapport nl/n2 est constant. Il en résulte que la consommation de carburant du moteur 11 en est affectée. La figure 6 représente les courbes caractéristiques de sortie I, II et III du moteur 11 pour des taux d'injection de carburant différents suivant la charge du moteur 11. La figure 6 représente également les courbes caractéristiques de suralimentation optimale A, B et C variant suivant la charge du moteur 11. Les courbes caractéristiques de sortie I, II, III représentent respectivement les variations du couple de sortie du moteur 11 dans un mode de fonctionnement à faible charge, dans un mode de fonctionnement à charge modérée et dans un mode de fonctionnement à charge élevée. Quand le débit calculé du compresseur de suralimentation à vis 13 est déterminé en se basant sur le taux de suralimentation pour le mode de fonctionnement à charge élevêe du moteur 11, celui-ci est suralimenté de façon excessive pendant les modes de fonctionnement à charge modérée et à faible charge. Il en résulte que le compresseur de suralimentation à vis gaspille alors de l'énergie pour comprimer l'air et que la consommation de carburant du moteur 11 est affectée défavorablement. Dans certains cas, le couple de sortie du moteur 11 s'abaisse au-dessous du niveau désiré. Quand le débit de calcul du compresseur de suralimentation à vis 13 est déterminé en se basant sur le taux de suralimentation pour le mode de fonctionnement à faible charge du moteur 11, le taux de suralimentation devient insuffisant dans les modes de fonctionnement à' charge élevée et à charge modérée. Il en résulte un fonctionnement avec détonation et un arrêt du moteur par suite d'une combustion incomplète. Ces problèmes sont dûs au fait que la vitesse de rotation n1 des rotors à vis du compresseur de suralimentation à vis 13 est proportionnelle à la vitesse de rotation n2 du moteur. En conséquence, la présente invention a pour but de créer un compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique qui supprime les inconvénients, mentionnés précédemment, des compresseurs de suralimentation à vis connus. A cet effet, l'invention concerne un compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique comportant une unité de suralimentation à vis, une transmission à vitesse variable pour la liaison fonctionnelle entre l'arbre de sortie d'un moteur et l'arbre d'entrée de l'unité de suralimentation à vis, caractérisé en ce qu'il est muni d'un organe de détection pour détecter les conditions de charge du moteur et d'une unité de commande pour commander les organes de changement de vitesse de la transmission à vitesse variable à partir d'un signal fourni par l'organe de détection de manière que l'unité de suralimentation à vis fonctionne suivant des caractéristiques de suralimentation optimales prédéterminées correspondant aux conditions de charge du moteur. L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur et d'un compresseur de suralimentation à yis entrainé mécaniquement par le moteur, suivant un mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 2 est un graphique représentant la variation du rapport de changement de vitesse en fonction de la vitesse du moteur pour différentes conditions de charge du moteur, - la figure 3 et la figure 4 sont des vues schématiques d'un moteur équipé d'un compresseur de suralimentation classique, - la figure 5 est un graphique représentant la variation du rendement volumétrique d'un compresseur de suralimentation à vis en fonction de la vitesse de rotation de ses rotors, et - la figure 6 est un graphique représentant la variation du couple du moteur et celle du débit de suralimentation- requis en fonction dé la vitesse du moteur pour différentes conditions de charge de ce moteur. Conformément à la figure 1, un compresseur de suralimentation & vis 1 & commande mécanique (désigné simplement dans la suite par "compresseur de suralimentation & vis") est entrainé, à partir du vilebrequin 4 d'un moteur 2, par l'intermédiaire d'une transmission à vitesse variable 3, telle que celle décrite dans le document de brevet US N'4 094 203. La transmission à vitesse variable 3 comporte un disque de poulie 6 déplaçable par coulissement axial monté sur une extrémité de l'arbre de sortie, c'est-à- dire le vilebrequin 4 du moteur 2 et un disque de poulie 7 déplaçable par coulissement axial monté sur une extrémité de l'arbre d'entrée, c'est-àdire l'arbre de rotor la du compresseur de suralimentation à vis 1. Les disques de poulie déplaçables 6 et 7 sont respectivement rapprochés et écartés des disques de poulie fixes 6' et 7' par des organes de changement de vitesse 8, par exemple au moyen d'un dispositif hydraulique tel que celui décrit dans le document de brevet US n'4 094 203, 1 pour faire varier le rapport de changement de vitesse de la transmission à vitesse variable 3. Les organes de changement de vitesse 8 commandent les positions respectives des disques de poulie déplaçables 6 et 7 conformément à un signal de commande correspondant à des données qui représentent la vitesse de rotation de l'arbre de rotor la du compresseur de suralimentation a vis 1 en remplissant des caractéristiques de suralimentation qui correspondent aux conditions de charge du moteur 2. Ces caractéristiques sont un taux de suralimentation optimal correspondant aux conditions de 2u charge du moteur 2, ce taux étant choisi sur la base d'un signal de détection fourni par un organe de détection 9 détectant les conditions de charge du moteur parmi celles qui ont été mémorisées au préalable dans une mémoire de l'unité de commande 5. Les conditions de charge du moteur 2 sont détectées en se basant sur des signaux représentant le débit d'alimentation en carburant, la pression interne du moteur 2 et la vitesse de ce moteur. Les données, telles que celles indiquées sur la figure 2 et représentant la relation entre la vitesse du moteur et le rapport de changement de vitesse, sont mémorisées au préalable dans la mémoire de l'unité de commande 5 pour régler la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée la du compresseur de suralimentation à vis 1 à une valeur correspondant à un taux de suralimentation optimal du moteur 2 en fonction des conditions de charge de ce moteur 2. Concrètement, les courbes I, II et III de la figure 2 sont des courbes caractéristiques de changement de vitesse représentant les variations prédéterminées du rapport de changement de vitesse en fonction de la vitesse du moteur, c'est-à-dire de la vitesse de rotation du vilebrequin, pour un mode de fonctionnement à charge élevée, un mode de fonctionnement à charge modérée et un mode de fonctionnement à faible charge, respectivement. Les conditions de charge du 1' moteur 2 sont déterminées à partir d'un signal de détection fourni par l'organe de détection 9 destiné à détecter les conditions de charge du moteur 2 et on choisit en conséquence l'une des courbes caractéristiques de changement de vitesse I, II, III. Les organes de changement de vitesse 8 sont ensuite actionnés pour régler la transmission à vitesse variable 3 sur un rapport de changement de vitesse approprié correspondant à la vitesse du moteur à l'instant considéré. Bien que dans l'exemple de réalisation considéré. les modes de fonctionnement du moteur 2 aient été classés en trois modes en ce qui concerne les conditions de charge, à savoir le mode de fonctionnement à charge élevée, le mode de fonctionnement à charge modérée et le mode de fonctionnement à faible charge, les modes de fonctionnement peuvent être classés de façon différente de ce qui a été décrit de façon spécifique. En outre, les organes de changement de vitesse 8 peuvent être remplacés par d'autres organes de changement de vitesse appropriés. Comme il ressort de la description qui précède, conformément à la présente invention, la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée du compresseur de suralimentation à vis, correspondant au taux e?- suralimentation de ce compresseur, est réglée conformément aux conditions de charge de moteur au lieu 26t4649 d'être réglée proportionnellement à la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur. Il en résulte que le moteur est suralimenté en tout temps & une pression de suralimentation optimale. Par conséquent, la consommation de carburant est diminuée et le moteur est en mesure de - développer une puissance de sortie stable sans qu'il y ait une possibilité de détonation du moteur, ni un risque de calage de celui-ci. 1X 2u REVENDICATIONS 1) Compresseur de suralimentation à vis à commande mécanique comportant une unité de suralimentation à vis (1), et une transmission à vitesse variable (3) pour la liaison fonctionnelle entre l'arbre de sortie (4) d'un moteur (2) et l'arbre d'entrée (la) de l'unité de suralimentation à vis (1), caractérisé en ce qu'il est muni d'un organe de détection (9) pour détecter les conditions de charge du moteur et d'une unité de commande (5) pour commander les organes de changement de vitesse (8) de la transmission à vitesse variable (3) à partir d'un signal fourni par l'organe de détection (9) de manière que l'unité de suralimentation à vis fonctionne suivant des caractéristiques de suralimentation optimales prédéterminées correspondant aux conditions de charge du moteur. 2) Compresseur de suralimentation à vis selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transmission à vitesse variable (3) est une transmission à variation de vitesse continue.