Brevet FR2756322A1 — publié le 19980529

L'invention concerne un dispositif de commande d'une soupape à gaz d'échappement, appelée soupape de sécurité, pour moteurs à turbocompresseur de suralimentation, soupape qui, en position ouverte, libère un conduit de court-circuitage contourant une turbine à gaz d'échappement et menant à un pot catalytique monté en aval, le dispositif comprenant un boîtier de pression pourvu d'une chambre de pression, présentant un raccord de pression, d'au moins une membrane agissant sur une tige d'actionnement de la soupape de sécurité, ainsi que d'un ressort conférant une précontrainte à la membrane. Il est généralement connu, s'agissant de turbocompresseurs de suralimentation mus par le gaz d'échappement, de contourner la turbine d'échappement par un conduit de court-circuitage, appelé aussi canal "waste-gate", afin de faire passer le flux de gaz d'échappement, ou au moins une partie de celui-ci, devant ou à côté de la turbine. Le débit de gaz dans ce conduit est régulé par une soupape de sécurité (soupape "waste- gaste") en fonction de la pression dans un boîtier de pression. Le but principal du conduit de court-circuitage est de constituer, si la pression est élevée, un bipasse sur la turbine d'échappement afin d'éviter des endommagements. Par le brevet allemand DE 39 35 093 C2, on connaît un dispositif pour commander la quantité de gaz d'échappement recyclée d'un moteur à combustion interne, dispositif dans lequel un conduit de recyclage est branché en dérivation sur un conduit d'échappement et mène à un conduit d'admission. La soupape de recyclage de gaz d'échappement possède, à cet effet, une commande pneumatique et le réglage s'effectue en fonction de la pression à laquelle la soupape est soumise. Avec ce dispositif connu, des influences perturbatrices dans les conduits d'aspiration et d'échappement doivent être évitées. Une régulation appropriée, utilisant des sens de réglage ou d'actionnement différents ou opposés, est effectuée dans ce but. La soupape de sécurité mentionnée au début n'a pas de fonction de commande d'une quantité de gaz d'échappement à recycler, mais doit permettre le contournement de la turbine d'échappement. Outre le contournement de la turbine d'échappement dans le cas d'une pression trop haute, il serait cependant avantageux de permettre aussi le contournement de la turbine dans le régime de départ à froid, ceci afin de porter le pot catalytique le plus rapidement possible à la température de service. En contournant la turbine, le gaz d'échappement peut atteindre le pot catalytique à une température plus élevée. Cependant, il ne règne pas, à ce moment, une surpression dans le système d'aspiration, mais, en règle générale, une dépression, de sorte que cette soupape de sécurité connue ne convient pas pour ouvrir le conduit de court-circuitage dans une telle situation. Pour résoudre ce problème, on pourrait prévoir un conduit de court-circuitage supplémentaire, qui serait ouvert par une soupape particulière dans le régime de départ à froid. Cela signifierait toutefois une dépense élevée. La présente invention a pour but de créer un dispositif du type mentionné au début, au moyen duquel un seul conduit de court-circuitage pour contourner une turbine d'échappement puisse être ouvert tant en présence d'une surpression qu'en présence d'une dépression. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que - une seconde membrane est prévue dans le boîtier de pression; - la chambre de pression est délimitée sur des côtés opposés par une membrane respective et, sur la périphérie, par le corps du boîtier de pression; - les deux membranes ont des diamètres différents, la plus grande étant reliée directement ou par des pièces intermédiaires à un poussoir et la plus petite membrane étant reliée directement ou par des pièces intermédiaires à la tige d'actionnement, et la plus grande membrane étant pressée contre la plus petite, avec interposition du poussoir, s'il règne une dépression dans la chambre de pression, tandis que la plus petite membrane est pressée contre la tige d'actionnement si une surpression règne dans la chambre de pression. Selon l'invention, le boîtier de pression, pourvu d'une seconde membrane, permet de réaliser une fonction d'actionnement commune, utilisant le même sens d'actionnement aussi bien en présence d'une surpression que s'il règne une dépression. On a seulement prévu un conduit d'amenée de pression et seulement une chambre de pression. Pour l'ouverture de la soupape de sécurité, le mouvement d'actionnement s'effectue toujours dans le même sens, indépendamment du fait qu'une dépression ou une surpression règne dans la chambre de pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés montrant le principe de cet exemple et sur lesquels: - la figure 1 représente l'ensemble d'un dispositif selon l'invention et les circuits d'air et de gaz d'échappement du moteur à combustion interne; et - la figure 2 est une coupe axiale du boîtier de pression selon l'invention. Le dispositif dont la construction est expliquée ci-après est incorporé dans un système, montré par la figure 1, pour commander l'amenée d'air extérieur à un moteur 1, l'évacuation du gaz d'échappement et le recyclage de gaz d'échappement. L'ensemble de ce système est fondamentalement de type connu, raison pour laquelle seules les parties essentielles à l'invention seront décrites plus en détail. Les parties essentielles au fonctionnement du moteur 1, pour ce qui concerne l'amenée d'air extérieur et l'évacuation de gaz d'échappement, comprennent un conduit d'air extérieur 2 dans lequel se trouvent un compresseur 3 et un refroidisseur 4 d'air de suralimentation. L'air extérieur est amené à un tuyau d'aspiration 5 à travers le compresseur 3 dans la mesure o on n'a pas prévu un contournement commandé par un conduit de commande 7 et une soupape 25 à deux voies et deux positions, en combinaison avec une soupape 6 de recyclage d'air de poussée. A partir du tuyau d'aspiration 5, l'air extérieur parvient au moteur 1 à travers un conduit 8 d'amenée au moteur. A partir du moteur 1 ou, plus exactement, à partir des zones des pistons de ce moteur, un conduit d'échappement 9 mène à une turbine d'échappement 10 qui est suivie d'un pot catalytique 12 installé dans un tuyau d'échappement 11. Un conduit de court- circuitage 13 permet de contourner la turbine 10, laquelle est installée dans le système d'échappement entre le conduit d'échappement 9 et le tuyau d'échappement 11. Une soupape de sécurité 14 ouvre ou ferme le circuit de court-circuitage 13. Cette soupape est commandée par un dispositif 15 sous la forme d'un boîtier de pression. Ce dernier comporte une chambre de pression 16 reliée à un conduit 17 de régulation de la pression de suralimentation, lequel conduit est relié à travers une soupape 18 à trois voies et trois positions et un conduit de dérivation 19 au conduit d'air extérieur 2. Du conduit 17 de régulation de la pression part un conduit 17a de commande de dépression. Ce dernier conduit contient une soupape 20 à deux voies et deux positions et une soupape antiretour 21. Le conduit 17a de commande de dépression débouche de nouveau dans le tuyau d'aspiration 5. La soupape 20 est commandée par une électronique de moteur 23 à travers une ligne de commande 22. A travers une ligne de commande 24, cette électronique commande également la soupape 18 à trois voies et trois positions dans le conduit 17 de régulation de la pression. Le conduit de commande 7 contient en outre la soupape 25 à deux voies et deux positions, déjà mentionnée et qui est également commandée par l'électronique de moteur 23. La chambre de pression 16 est délimitée à la périphérie par le corps du boîtier de pression 15 et, aux deux extrémités, par une membrane à dépression 26 et une membrane à surpression 27 respectivement. Une tige d'actionnement 28 établit la liaison avec la soupape de sécurité 14. La construction exacte du boîtier de pression 15 est visible plus clairement sur la figure 2. La paroi périphérique de ce boîtier possède une forme tronconique; la membrane à dépression 26 est placée en tant que délimitation de la chambre de pression 16 dans la zone du plus grand diamètre, tandis que la membrane à surpression 27 est placée en tant que délimitation de cette chambre dans la zone du plus petit diamètre. Les membranes, ayant de ce fait des grandeurs différentes, assurent une fermeture étanche à la pression de la chambre 16. Du côté du plus grand diamètre, le boîtier 15 présente un couvercle 29 avec une butée 30 pour limiter la course de la membrane à dépression 26 plus grande, ainsi qu'un orifice 31. Ce dernier peut mener à l'extérieur, donc recevoir la pression ambiante, ou être relié à un conduit de pression de commande 32. Entre le couvercle 29 et la membrane à dépression 26 est créé de cette manière un espace 33 d'égalisation de pression. Du côté éloigné de la chambre de pression 16 de la membrane à surpression 27, se trouve, pour l'appui de cette plus petite membrane, un disque 34 sur le côté arrière duquel s'appuie en même temps un ressort servant à produire la précontrainte de pression élastique. Du côté éloigné du disque 34, ce ressort, désigné par 35, s'appuie sur une partie du corps de boîtier qui est constituée dans cet exemple de réalisation par un écrou de réglage 36. Celui-ci est relié par une liaison filetée au corps du boîtier de pression 15. Grâce à cette liaison, la précontrainte produite par le ressort 35 peut être réglée ou rajustée. Le disque 34 entre le ressort et la membrane à dépression 27, de même que cette membrane, s'appuient sur une butée 37 formée par la paroi du corps de boîtier dans la zone de sa périphérie extérieure. La membrane à dépression 27 est en même temps serrée par son bord périphérique à cet endroit. A la membrane à dépression 26 est relié de façon fixe un poussoir 38 qui traverse la chambre de pression 16 et s'étend jusqu'à la membrane à surpression 27 o il est guidé et peut coulisser axialement dans une douille 39 de guidage de poussoir. Cette douille est à son tour reliée fixe à la membrane à surpression 27. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante Lorsque la chambre de pression 16 est soumise à une surpression minimale à partir du conduit 17 de régulation de la pression, la membrane à surpression 27 est déviée - ensemble avec la douille 39 de guidage de poussoir et à l'encontre de la force de rappel du ressort 35 - dans le sens d'actionnement, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 40, avec le résultat que la soupape de sécurité 14 s'ouvre et libère de ce fait le conduit de court- circuitage 13 pour le contournement de la turbine d'échappement 10. La douille 39 de guidage de poussoir est écartée, par suite de ce mouvement, de sa position en butée contre le poussoir 38. La membrane à dépression 26, ensemble avec le poussoir 38 fixé à elle, s'applique par un raidissement 42 contre la butée 30 et n'est donc pas déviée. Cela signifie que cette membrane n'agit pas lorsqu'une surpression règne dans la chambre 16. La relation entre l'application d'une surpression à la chambre 16 et la course de la tige d'actionnement 28, ou la force d'actionnement, peut être changée par le choix approprié de la grandeur de la surface de la membrane à surpression 27 et la grandeur de la force produite par le ressort. Il est possible aussi, à cet effet, de changer la position de l'écrou de réglage 36 de manière appropriée. Lorsqu'une dépression est appliquée à la chambre 16, par exemple dans le régime de départ à froid, dans lequel la soupape 20 à deux voies et deux positions libère le passage par le conduit 17a de commande de dépression et la soupape 18 à trois voies et trois positions est fermée dans les deux sens, une pression ambiante d'égale grandeur agit de l'extérieur sur les faces utiles de différentes grandeurs de la membrane à dépression 26 et de la membrane à surpression 27. En effet, non seulement l'espace d'égalisation 33 est relié dans ce but à l'environnement, à travers l'orifice 31, mais un espace à ressort 41 communique également avec lui à travers une fente adéquate prévue dans l'écrou de réglage 36. Les deux membranes sont alors bombées vers l'intérieur. Le poussoir 38 et la douille 39 de guidage de poussoir sont ainsi pressés en butée l'un contre l'autre. Cependant, comme la face utile de la membrane à dépression 26 est plus grande, une force d'actionnement résultante, agissant suivant la flèche 40 à l'encontre de la force du ressort 35, est obtenue. Lorsque cette force d'actionnement dépasse la force du ressort après qu'une différence de pression minimale entre la pression ambiante et la dépression ait été atteinte dans la chambre 16, le ressort 35 est comprimé et la tige d'actionnement 28 est déplacée dans le sens d'actionnement 40. On obtient ainsi le même sens d'actionnement qu'en présence d'une surpression. Cela signifie que la soupape de sécurité 14 est également ouverte à l'apparition d'une dépression et qu'elle produit un contournement de la turbine d'échappement 10 dans le régime de départ, en vue d'une mise à température plus rapide du pot catalytique 12. A la place d'un contournement complet de la turbine d'échappement 10 par l'écoulement du gaz d'échappement à travers le conduit de courtcircuitage 13, il est bien entendu possible aussi de prévoir des écoulements partiels. Lors d'une régulation de pression avec application d'une surpression au boîtier 15, la soupape 18 est commutée de façon rythmée entre sa position passante et sa position de communication avec l'environnement, tandis que la soupape 20 est fermée. Le disque 34 a une double fonction: servir d'une part de surface d'appui et de contact pour la membrane à surpression 27 et servir d'autre part de surface d'appui et d'application pour le ressort 35. Si l'espace d'égalisation 33 ne communique pas avec l'environnement à travers l'orifice 31, mais avec un conduit 32 de pression de commande, la soupape de sécurité 14 peut aussi être régulée d'une autre manière et il est possible également d'établir ainsi d'autres rapports de pression pour l'ouverture de la soupape de sécurité 14. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande d'une soupape à gaz d'échappement, appelée soupape de sécurité, pour moteurs à turbocompresseur de suralimentation, soupape qui, en position ouverte, libère un conduit de court-circuit contourant une turbine à gaz d'échappement et menant à un pot catalytique monté en aval, le dispositif comprenant un boîtier de pression pourvu d'une chambre de pression, présentant un raccord de pression, d'au moins une membrane agissant sur une tige d'actionnement de la soupape de sécurité, ainsi que d'un ressort conférant une précontrainte à la membrane, caractérisé en ce que: 1.1 une seconde membrane (26 ou 27) est prévue dans le boîtier de pression (15); 1.2 la chambre de pression (16) est délimitée sur des côtés opposés par une membrane (26, 27) respective et, sur la périphérie, par le corps du boîtier de pression (15); 1.3 les deux membranes (26, 27) ont des diamètres différents, la plus grande (26) étant reliée directement ou par des pièces intermédiaires à un poussoir (38) et la plus petite membrane (27) étant reliée directement ou par des pièces intermédiaires à la tige d'actionnement (28), et la plus grande membrane (26) étant pressée contre la plus petite (27), avec interposition du poussoir (38), s'il règne une dépression dans la chambre de pression (16), tandis que la plus petite membrane (27) est pressée contre la tige d'actionnement (28) si une surpression règne dans la chambre de pression (16). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plus petite membrane (27) est pourvue, du côté tourné vers la plus grande membrane (26), d'une douille (39) de guidage de poussoir, dans laquelle est guidé le poussoir (38). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tige d'actionnement (28) est pourvue d'un disque (34) d'appui de membrane et de ressort, contre lequel est appliquée la plus petite membrane (27), le ressort (35) étant maintenu sous contrainte entre le disque (34) et une partie (36) du corps du boîtier de pression (15) qui est éloignée de ce disque. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite partie du corps est formée par un écrou de réglage (36) pour prérégler la pression exercée par le ressort. - Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le disque (34) est appliqué contre une butée (37) formée par le corps de boîtier. 6 - Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier de pression (15) présente, du côté de la plus grande membrane (26) qui est éloigné de la chambre de pression (16), un espace (33) d'égalisation de pression pourvu d'un orifice de sortie (31). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une butée (30) pour la plus grande membrane (26) est disposée dans l'espace d'égalisation de pression (33). 8 - Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (31) est soumis à la pression ambiante. 9 - Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'orifice de sortie (31) est relié à un conduit (32) de pression de commande.