Brevet FR2667356A1 — publié le 19920403

La présente invention concerne un dispositif pour commander un papillon d'étranglement à actionner en fonction d'un paramètre et une soupape de régula- tion d'un moteur à turbocompresseur à gaz d'échappement, comportant un convertisseur de pression transformant un signal correspondant au paramètre en un signal de pression servant à l'actionnement du papillon. D'après le Manuel d'utilisation "Turbodiesels Année- modèle 1990/91, Etats-Unis, Modèles 124 1 et 126 1 ", page 38, il est connu de commander la pression de surali- mentation d'un moteur à combustion interne suralimenté d'une part par l'intermédiaire d'un premier composant, agencé comme une soupape de dérivation et commandant le courant de gaz d'échappement du moteur, et d'autre part par l'intermédiaire d'un second composant agencé comme un papillon d'étranglement et disposé dans le conduit d'admission en aval du compresseur Les deux composants formant soupapes ne sont pas déplacés simulta- nément mais toujours l'un après l'autre L'activation de chaque composant formant soupape est alors assurée par l'intermédiaire d'un convertisseur de pression électropneumatique qui produit, en correspondance avec un signal électrique fonction des paramètres de fonction- nement du moteur, un signal modulé de dépression pour l'actionnement du composant formant soupape correspondant. L'invention a pour but de créer un dispositif du type défini ci-dessus, au moyen duquel l'actionnement du papillon d'étranglement et de la soupape de régulation soit simplifié et qui soit peu coûteux. Le problème est résolu conformément à l'invention en ce qu'il est prévu au moins un distributeur qui est commutable et applique le signal de pression du convertisseur de pression, par l'intermédiaire de trans- ducteurs opérant par pression, à la demande,à la soupape de régulation et/ou au papillon. Avec le dispositif conforme à l'invention, il suffit d'utiliser un seul convertisseur de pression pour une commande en série des différents composants. Une source de pression, comme par exemple une pompe à dépression, dont la dépression produite est modulée en fonction des paramètres de fonctionnement par un convertisseur agissant par exemple électropneumatiquement, peut ainsi avoir des dimensions plus petites qu'une pompe à dépression qui doit alimenter en permanence en dépression deux ou même plus de deux convertisseurs de pression Les besoins en énergie pour l'entraînement de la pompe à dépression sont ainsi réduits ou bien, avec une conception correspondante de la pompe à dépres- sion, il est possible d'alimenter encore des appareils utilisateurs additionnels par la pompe à dépression. Du fait qu'il suffit d'utiliser un seul convertisseur de pression et que par conséquent également les besoins en énergie d'une source de pression pour disposer de la pression à moduler sont réduits au minimum c'est-à- dire qu'il est possible d'utiliser une source de pression de dimensions relativement petites -, l'invention permet en outre d'obtenir une solution peut coûteuse. Selon une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, le signal de pression du conver- tisseur de pression peut être appliqué à des premier et second distributeurs électromagnétiques; par l'intermédiaire du premier distributeur électroma- gnétique, le signal de pression peut être appliqué à un transducteur opérant par dépression pour l'action- nement de la soupape de régulation et, par l'intermédiaire du second distributeur électromagnétique, à un transduc- teur opérant par dépression pour l'actionnement du papillon ( première position de commutation); chacun des distributeurs électromagéntiques peut être actionné, par l'intermédiaire d'un premier conducteur électrique de commande séparé, par une unité électronique de com- mande, et dans l'essentiel respectivement toujours un des deux distributeurs électromagnétiques se trouve dans sa première position de commutation tandis que l'autre se trouve dans sa seconde position de commuta- tion Il est en outre possible, lors d'un passage de l'activation d'un composant à l'activation du composant suivant, de solliciter les deux composants, dans une zone de transition, pendant une courte durée,simultanément avec le signal de pression modulé provenant du convertis- seur de pression. En conséquence, dans cette zone de transition, les deux composants peuvent être actionnés simultané- ment et il est ainsi possible d'obtenir une transition relativement douce. Selon encore d'autres particularités du disposi- tif conforme à l'invention: Dans le courant de gaz d'échappement provenant du moteur à turbocompresseur, il est prévu d'une part la soupape de régulation et d'autre part le papillon dans le conduit d'admission en aval du compresseur. Le convertisseur de pression est un convertisseur de pression électropneumatique, qui peut être commandé par une unité électronique de commande et qui module la dépression produite par une source de dépression en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le distributeur commutable est un distributeur électromagnétique, pouvant être actionné par une unité électronique de commande et qui transmet, dans sa premiè- re position de commutation, le signal de pression prove- nant du convertisseur de pression à un transducteur opérant par dépression pour l'actionnement de la soupape de régulation, et dans sa seconde position de commutation, le signal de pression à un transducteur opérant par dépression pour l'actionnement du papillon. Le signal de pression du convertisseur de pression peut être appliqué à des premier et second distributeurs électromagnétiques; par l'intermédiaire du premier distributeur électromagnétique, le signal de pression peut être appliqué à un premier transducteur opérant par dépression pour l'actionnement de la soupape de régulation et par l'intermédiaire du second distributeur électromagnétique, le signal de pression est appliqué à un transducteur opérant par dépression pour l'action- nement du papillon( première position de commuta- tion); les deux distributeurs électromagnétiques peuvent être activés, par l'intermédiaire d'un conducteur électrique de commande, par une unité électronique de commande, et respectivement toujours un des deux distri- buteurs électromagnétiques se trouve dans sa première position de commutation tandis que l'autre se trouve dans sa seconde position de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention 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 Figure 1 donne une représentation de principe d'un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'inven- tion, la Figure 2 montre, à l'aide d'un diagramme P 2 =f(PUBV ou PUDK) la relation existant entre la pression P 2 dans le conduit d'admission d'un moteur suralimenté (pression de suralimentation) et la dépression de commande servant à l'actionnement des soupapes de réglage de la pression de suralimentation P 2 lors de l'utilisation du disposi- tif conforme à l'invention représenté sur la Figure 1, la Figure 3 donne une représentation de principe d'un autre exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention, la Figure 4 donne une représentation de principe d'un autre exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention et la Figure 5 montre, à l'aide d'un diagramme P 2 =f(PUBV ou P)DK la relation existant entre la pression P 2 dans le conduit d'admission d'un moteur suralimenté ( pression de suralimentation) et la dépression de commande servant à l'actionnement des soupapes de réglage de la pression de suralimentation P 2 lors de l'utilisa- tion du dispositif conforme à l'invention représenté sur la Figure 4. Sur la Figure 1 est représenté en 1 un moteur à combustion interne et compression d'air, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échap- pement 2 Le compresseur 3 du turbocompresseur à gaz d'échappement 2 est disposé dans le conduit d'admission 4 et la turbine 5 dans le conduit de gaz d'échappement 6 du moteur à combustion interne 1 En amont de la turbine 5 dérive, à partir du conduit de gaz d'échappe- ment 6, un conduit de dérivation 7 qui débouche à nouveau dans le conduit de gaz d'échappement 6 en aval de la turbine 5 Dans ce conduit de dérivation 7, il est prévu une soupape de régulation 8 agencée comme une soupape de dérivation et qui est réglable graduellement, par l'intermédiaire d'un premier transducteur 9 opérant par dépression, entre une position de fermeture du conduit de dérivation 7 et une position d'ouverture maximale de la section de ce conduit 7 En aval du compresseur 3, il est prévu dans le conduit d'admission ou d'air de suralimentation 4 un papillon d'étranglement , qui peut être actionné de façon continue, par l'inter- médiaire d'un second transducteur 11 opérant par dépres- sion, entre une position d'ouverture minimale de la sec- tion de passage du conduit d'air de suralimentation 4 et une position d'ouverture maximale de ladite section. Par l'intermédiaire du papillon 10 et de la soupape de dérivation 8 est effectué le réglage de la pression de suralimentation P 2, c'est-à-dire la pression absolue P 2 dans le conduit d'admission 4, à une valeur de consigne P 2 soll en relation avec le point de fonctionnement correspondant du moteur 1 A cet effet, il est prévu une unité électronique de commande 12 qui reçoit, par l'intermédiaire de conducteurs 13 de valeurs de mesures, des signaux électriques qui définissent l'état de fonc- tionnement du moteur 1 Ainsi interviennent entre autres la vitesse de rotation N du moteur, la charge mécanique x RS du moteur, la pression actuelle de suralimentation P 2 et la température de réfrigérant T KM, qui sont captées à l'aide de capteurs appropriés, non représentés sur le dessin pour le simplifier, sur le volant (n), sur le levier de réglage de quantités de carburant de la pompe d'injection (x RS), dans le conduit d'air de surali- mentation 4 en aval du papillon 10 (P 2) et dans le circuit de réfrigérant (T KM). En fonction de ces données d'entrée, une valeur de consigne P 21 soll pour la pression de suralimentation P 2 est déterminée à partir d'un champ caractéristique dans l'unité électronique de commande 12 Un signal électrique correspondant à cette donnée P 2 soll est transmis, par l'intermédiaire d'unconducteur de commande 14, à un convertisseur électropneumatique de pression , qui module, en correspondance à ce signal électrique d'entrée, une dépression produite par une pompe à dépres- sion 16 Cette dépression modulée en correspondance avec la valeur de consigne de pression de suralimentation P 2,soll est appliquée, par l'intermédiaire du conduit 38 à un dispositif formant soupape (soupape électromagné- tique 17), commutable et agencé comme une soupape à 4/2 voies Dans la première position de commutation 18 représentée sur la Figure 1, la dépression modulée est transmise par le transducteur 9 pour la soupape de dérivation 8 Simultanément le transducteur 11 associé au papillon 10 est mis à l'évent, c'est-à-dire qu'il est mis en communication avec l'atmosphère (Atm) Dans cette première position de commutation 18, le papillon 10 se trouve dans sa première position, ouvrant la section maximale du conduit d'air de suralimentation et la soupape de dérivation 8 se trouve dans une position10 qui correspond à la dépression modulée qui est transmise, c'est-à-dire à la valeur de consigne P 2 soll de la pression de suralimentation. Dans la seconde position de commutation 19 par contre, le transducteur 9 de la soupape de dérivation 8 est mis à l'évent et la dépression modulée est transmise directement au transducteur 11 associé au papillon 10 Dans cette seconde position de commutation 19, la soupape de dérivation 8 est ainsi complètement ouverte et le papillon 10 se trouve dans une position qui correspond20 à la dépression modulée et transmise, c'est-à-dire à la valeur de consigne P 2 soll de la pression de surali- mentation La soupape électromagnétique 17 est activée par l'intermédiaire du conducteur de commande 20 par l'unité électronique de commande 12, et notamment en fonction de la pression actuelle P 2 régnant dans le conduit d'admission 4 en aval du papillon 10. Si maintenant le moteur 1 fonctionne par exemple avec une charge nulle ( ralenti), la soupape électromagné- tique 17 se trouve dans sa seconde position de commutation 19, c'est-àdire que le transducteur 9 opérant par dépression et associé à la soupape de dérivation 8 est mis en communication avec l'atmosphère de sorte que la soupape de dérivation 8 est complètement ouverte et que le transducteur il opérant par dépression et associé au papillon 10 est soumis directement à la dépression modulée La dépression établie dans ce do- maine de charge est alors modulée de telle sorte que le papillon 10 se trouve dans sa position de fermeture ( la position de fermeture du papillon 10 signifie naturellement qu'il existe encore toujours une section minimale de passage du conduit 4 d'air de suralimenta- tion car autrement il n'y aurait pas aspiration d'air, ce qui aurait pour conséquence un arrêt du moteur 1). L'étranglement de l'écoulement d'air d'admission dans des moteurs à injection et compression d'air pré- sente l'avantage que, par une réduction du courant pondéral d'air parvenant dans la chambre de combustion, il se produit seulement un refroidissement réduit de cette chambre, de sorte qu'on est assuré d'une combus- tion du carburant à un plus haut niveau de température et par conséquent d'une diminution de l'émission de substances nocives. Du fait que dans ce domaine de charge, la soupape de dérivation 8 est complètement ouverte, il ne peut se créer avant la turbine 5 également aucune contre-pres- sion qui pourrait entraîner le turbocompresseur à gaz d'échappement 2 Du fait que le compresseur 3 débite par conséquent en direction d'un papillon 10 fermé, cela est également exclu S'il se produit maintenant une variation positive de la charge, c'est-à-dire si le moteur passe par exemple à plein régime, le papillon se déplacera en direction de la position d'ou- verture, en correspondance avec la valeur de consigne P 21 soll de la pression de suralimentation qui est déter- minée conformément au champ caractéristique, comme indiqué sur le diagramme 21 de la Figure 2. Sur le diagramme 21 de la Figure 2, on a porté en abscisses 22 la pression P 2 dans le conduit d'admis- sion 4 en aval du papillon 10 et en ordonnées 23 la dépression de commande PU, BV de la soupape de dériva- tion 8 ainsi que la dépression de commande PUDK du papillon Sur le diagramme 21, la courbe 24 de dépres- sion de commande de la soupape de dérivation 8 est en trait plein tandis que la courbe 25 de dépression de commande du papillon 10 est en trait interrompu. Lorsque le papillon 10 est encore fermé, il existe dans le conduit d'admission 4 une forte dépression, c'est-à-dire qu'on obtient une plus petite pression absolue P 2 Du fait qu'ensuite, après une variation positive de la charge, il est souhaitable d'obtenir une progression rapide ( en évitant ce qu'on appelle le "turbotrou") mais cependant pas brusque de la pres- sion de suralimentation (confort de marche), le papil- lon 10 est initialement déplacé, conformément à la courbe 25, en direction de la position d'ouverture ( flèche 26) En conséquence, la pression p 2 augmente dans le conduit d'admission 4 Le transducteur 9 opérant par dépression pour actionner la soupape de dérivation 8 est constamment mis en communication avec l'atmosphère pendant cette période, c'est-à-dire que la soupape de dérivation 8 est constamment ouverte Lorsque finale- ment le papillon 10 est arrivé dans sa position d'ouver- ture maximale ( pression limite P 2,g)> une impulsion de commande est appliquée par l'unité électronique de commande 12 à la soupape électromagnétique 17 de sorte que celle-ci passe dans sa première position de commutation 18 A partir de cet instant, le transduc- teur 11 opérant par dépression pour actionner le papillon 10 est mis en communication avec l'atmosphère tandis que le transducteur 9 actionnant la soupape de dériva- tion 8 est relié à la sortie du convertisseur électropneu- matique de pression 15 Du fait que lors de l'établisse- ment du plein régime il est souhaitable d'avoir une35 grande pression de suralimentation P 2 ( en correspondance avec la valeur de consigne prédéterminée p 2 sol 11 de la pression de suralimentation), la dépression de commande est à nouveau modulée dans le sens opposé comme aupara- vant lors de l'actionnement du papillon 10, c'est-à-dire qu'elle est à nouveau augmentée de façon continue. Du fait que maintenant le transducteur 9 d'actionnement de la soupape de dérivation 8 est sollicité par la dépression de commande, la soupape de dérivation 8 est déplacée de façon continue en direction de la posi- tion de fermeture ( flèche 27) Ainsi la partie du courant de gaz d'échappement qui passe dans la turbine est augmentée de façon continue, et notamment jusqu'à ce que la valeur prédéterminée de consigne P 2,soll' de la pression de suralimentation P 2 soit atteinte. Du fait que le transducteur 11 d'actionnement du papillon est mis en communication avec l'atmosphère dans cette période, le papillon 10 est également constamment ouvert, conformément à la courbe 25 en trait interrompu. D'une façon générale, on peut ainsi considérer que, dans le cas o une valeur de consigne P 21 soll de la pression de suralimentation est prédéterminée par l'unité électronique de commande 12 en fonction des données d'entrée, cette pression étant inférieure à la pression limite P 2,g la soupape de dérivation 8 est toujours ouverte et le réglage de la pression de suralimentation à la valeur de consigne P 2,soll' est effectué exclusivement par l'intermédiaire du papil- lon 10 Par contre s'il est prédéterminé une valeur de consigne P 2 soll de la pression de suralimentation qui est supérieure à la pression limite P 2,g' alors le papillon 10 est ouvert et le réglage de la pression de suralimentation à la valeur de consigne P 21 soll est effectué exclusivement par l'intermédiaire de la soupape de dérivation 8. Sur la Figure 3 est représenté un autre exemple il de réalisation du dispositif conforme à l'invention, les composants qui sont identiques à ceux du dispositif de la Figure 1 étant désignés par les mêmes références numériques A la différence de la forme de réalisation de la Figure 1, chaque transducteur 9, 11 opérant par dépression est commandé par l'intermédiaire d'une soupape électromagnétique 28, 29 à 3/2 voies qui est séparée, ces deux soupapes électromagnétiques 28 et 29 ayant la même structure Lorsque la valeur de consigne P 20 so 11 de la pression de suralimentation, prédéterminée par l'unité électronique de commande 12, est plus grande que la pression limite P 2,g ( cf Figure 2), la soupape électromagnétique 28 se trouve dans la première position de commutation 30 représentée sur le dessin, c'est-à-dire que la dépression modulée est appliquée au transducteur 9 La soupape électromagnétique 29 se trouve par contre, comme indiqué sur la Figure 3, dans la seconde position de commutation 32 de sorte que la transmission de la dépression modulée est arrêtée et que le transducteur 11 opérant par dépression est mis en communication avec l'atmosphère (Atm) Dans ce domaine, la régulation de la pression de -suralimentation est ainsi effectuée exclusivement par l'intermédiaire de la soupape de dérivation 8 quand le papillon 10 est complètement ouvert Lorsque la valeur limite P 2,g est dépassée par défaut, les deux soupapes électromagnétiques 28 et 29 sont commutées simultanément par l'intermédiaire du conducteur de commande 34 partant de l'unité électroni- que de commande 12, c'est-à-dire que la soupape 28 revient brusquement dans sa seconde position de commuta- tion 31 et la soupape 29 dans sa première position de commutation 33 Ainsi la dépression modulée est maintenant appliquée au transducteur 11 opérant sur le papillon 10 et le transducteur 9 opérant sur la soupape de dérivation 8 est mis en communication avec l'atmosphère Le conduit 38, qui applique la dépression modulée à la soupape 28, est naturellement fermé dans cette position de commutation 31 En conséquence, la régulation de pression dans le conduit d'admission 4 en aval du papillon 10 est effectuée exclusivement par l'intermédiaire du papillon 10 proprement dit. La soupape de dérivation 8 est complètement ouverte. Avec ce dispositif, on est ainsi également assuré que, lors d'un dépassement par défaut ou par excès de la pression limite P 2,g' il se produise immédiate- ment une commutation du mode de régulation de la pression de suralimentation par l'intermédiaire du premier élé- ment de soupape ( papillon 10 ou soupape de dérivation 8) au mode de régulation de la pression de suralimenta- tion par l'intermédiaire de l'autre élément de soupape (soupape de dérivation 8 ou papillon 10) Un actionne- ment simultané du papillon 10 et de la soupape de dériva- tion 8 est ainsi exclu dans les deux formes de réalisa- tion des Figures 1 et 2. Par contre avec la réalisation représentée sur la Figure 41, il est possible d'actionner simultanément les deux éléments formant soupapes 10 et 8 dans la zone de transition correspondant à P 2,g ( cf le diagram- me de la Figure 5) Cela est réalisé par le fait que les deux soupapes électromagnétiques 28 et 29 ne sont pas commandées comme sur la Figure 3 par l'intermédiaire d'un seul conducteur commun de commande mais par l'inter- médiaire de deux conducteurs de commande 36 et 37 qui sont indépendants l'un de l'autre Il est ainsi possible que la dépression modulée soit appliquée au même moment aussi bien au transducteur 11 actionnant le papillon qu'au transducteur 9 actionnant la soupape de dériva- tion 8 On obtient ainsi une transition plus douce 38 ( cf le diagramme 39 sur la Figure 5). La détermination de la valeur de consigne P 2,so 11 peut, selon un autre aspect de l'invention être égale- ment effectuée en fonction d'autres paramètres, comme par exemple la température de l'air d'admission, de l'altitude à laquelle le véhicule se déplace, etc. A la place d'un convertisseur électropneumatique de pression, on peut également envisager d'utiliser un convertisseur de pression agissant d'une façon plus purement pneumatique et qui reçoit, à la place d'un signal électrique correspondant à la valeur de consigne de la pression de suralimentation, un signal de pression correspondant à cette valeur de consigne. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour commander un papillon d'étran- glement à actionner en fonction d'un paramètre et une soupape de régulation d'un moteur à turbocompresseur à gaz d'échappement, comportant un convertisseur de pression transformant un signal correspondant au paramètre en un signal de pression servant à l'actionnement du papillon, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un distributeur ( 17, 28, 29) qui est commutable et applique le signal de pression du convertisseur de pres- sion ( 15), par l'intermédiaire de transducteurs opérant par pression ( 9, 11), à la demande,à la soupape de régula- tion ( 8) et/ou au papillon ( 10). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le courant de gaz d'échappement provenant du moteur ( 1) à turbocompresseur, il est prévu d'une part la soupape de régulation ( 8) et d'autre part le papillon ( 10) dans le conduit d'admission ( 4) en aval du compresseur ( 3). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de pression est un convertis- seur de pression ( 15) électropneumatique, qui peut être commandé par une unité électronique de commande ( 12) et qui module la dépression produite par une source de dépression ( 16) en fonction de paramètres de fonctionne- ment du moteur ( 1) à combustion interne. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur commutable est un distributeur électromagnétique ( 17), pouvant être actionné par une unité électronique de commande ( 12) et qui transmet, dans sa première position de commutation ( 18), le signal de pression provenant du convertisseur de pression ( 15) à un transducteur opérant par dépression ( 9) pour l'action- nement de la soupape de régulation ( 8), etdans sa seconde position de commutation ( 19), le signal de pression à un transducteur opérant par dépression ( 11) pour l'ac- tionnement du papillon ( 10). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de pression du convertisseur de pression ( 15) peut être appliqué à des premier et second distributeurs électromagnétiques ( 28, 29), en ce que, par l'intermédiaire du premier distributeur électromagné- tique ( 28), le signal de pression peut être appliqué à un premier transducteur opérant par dépression ( 9 > pour l'actionnement de la soupape de régulation et par l'in- termédiaire du second distributeur électromagnétique ( 29), le signal de pression est appliqué à un transducteur opérant par dépression ( 11) pour l'actionnement du papil- lon ( 10) ( première position de commutation 30 ou 33), en ce que les deux distributeurs électromagnétiques ( 28, 29) peuvent être activés, par l'intermédiaire d'un conducteur électrique de commande ( 34) par une unité électronique de commande ( 12) et en ce que respectivement toujours un des deux distributeurs électromagnétiques ( 28, 29) se trouve dans sa première position de commuta- tion ( 30 ou 33) tandis que l'autre se trouve dans sa seconde position de commutation ( 31 ou 32). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de pression du convertisseur de pression ( 15) peut être appliqué à des premier et second distributeurs électromagnétiques ( 28, 29), en ce que, par l'intermédiaire du premier distributeur électromagné- tique ( 28), le signal de pression peut être appliqué à un transducteur opérant par dépression ( 9) pour l'ac- tionnement de la soupape de régulation ( 8) et, par l'inter- médiaire du second distributeur électromagnétique ( 29), à un transducteur opérant par dépression ( 11) pour l'ac- tionnement du papillon ( 10) ( première position de commu- tation ( 30 ou 33), en ce que chacun des distributeurs électromagnétiques ( 28, 29) peut être actionné, par l'intermédiaire d'un premier conducteur électrique de commande séparé ( 36, 37), par une unité électronique de commande ( 12) et en ce que dans l'essentiel respective- ment toujours un des deux distributeurs électromagnétiques ( 28, 29) se trouve dans sa première position de commuta- tion ( 30 ou 33) tandis que l'autre se trouve dans sa seconde position de commutation ( 31 ou 32).