Brevet FR2833104A1 — publié le 20030606

MEMBRANE POUR PRESSOSTAT D'UN TURBOCOMPRESSEUR La présente invention concerne une membrane étanche pour un pressostat. La présente invention concerne un pressostat muni d'une membrane étanche. La présente invention concerne également un turbocompresseur équipé d'un pressostat à membrane. La présente invention concerne enfin un véhicule à moteur à combustion interne comprenant un turbocompresseur ainsi équipé. Dans un turbocompresseur d'un moteur à combustion interne, un régulateur, appelé également pressostat, est prévu pour réagir à une surpression ou à une dépression d'un collecteur d'admission du moteur à combustion interne. Lorsque la pression des gaz d'admission en aval du turbocompresseur dépasse un seuil déterminé, le pressostat régule une ouverture d'une soupape de décharge qui est disposée en amont de la turbine du turbocompresseur. Par l'ouverture, les gaz d'échappement envoyés à la turbine du turbocompresseur sont déviés vers un conduit de dérivation, appelé communément bypass , qui débouche dans la canalisation d'échappement en aval de la turbine. Le pressostat permet d'éviter que la turbine ne tourne trop vite, ce qui entraînerait une détérioration de ses aubes et de ses paliers. Le pressostat fonctionne par l'intermédiaire d'une tige longitudinale pouvant prendre, soit une position rétractée qui provoque, via une commande, la fermeture de la soupape de décharge, soit une position étendue qui provoque, via la commande, l'ouverture de la soupape de décharge. Dans un autre type de turbocompresseur à géométrie variable, des ailettes dévient plus ou moins le flux des gaz d'échappement par rapport aux aubes de la turbine, en fonction de la réponse d'un pressostat. Ceci entraîne un changement de vitesse de rotation du turbocompresseur. Dans un autre type de turbocompresseur encore, des ailettes plongent plus ou moins dans un logement, faisant ainsi varier la section de passage des gaz d'échappement, en fonction de la réponse d'un pressostat. Etat de la technique Les pressostats comprennent une membrane sous la forme d'un ensemble en matériau polymère souple simplement positionné au niveau de la paroi interne du corps du pressostat. De nombreuses améliorations ont surtout visé à accroître l'efficacité des membranes uniquement par une modification des matériaux entrant dans sa composition. Or malgré cela, on a souvent constaté des aléas dans le fonctionnement des pressostats et des turbocompresseurs ; avec des absences de réponses ou des suralimentations non souhaitées. Résumé de l'invention Un premier but de l'invention est de concevoir une membrane qui soit à la fois résistante et souple. Un deuxième but consiste à élaborer une membrane présentant une adaptation aux contraintes mécaniques et thermiques existant au niveau du pressostat. Un troisième but est de prévoir des moyens spécifiques simples et peu coûteux destinés à maximiser la durée de vie du pressostat et de sa membrane. Une membrane pour pressostat est maintenue à la paroi interne du pressostat de façon à délimiter une chambre antérieure et une chambre postérieure susceptibles d'être soumises à des pressions différentes, et à laquelle se solidarise une tige de commande longitudinale, ainsi mobile entre une position rétractée et une position déployée selon les mouvements de la membrane sous l'effet d'un différentiel de pression. Conformément à l'invention, la membrane est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens destinés à assurer son étanchéité à la paroi interne du pressostat et à la tige de commande longitudinale. Très préférentiellement, les moyens d'étanchéité sont disposés autour du rebord du trou de passage de la tige de commande longitudinale. Très favorablement, les moyens d'étanchéité sont disposés autour du rebord périphérique circulaire en contact avec la paroi interne du pressostat. De cette manière, les fuites sont évitées entre le matériau polymère de la membrane et le métal du pressostat et de la tige de commande. De préférence, les moyens d'étanchéité sont formés par une épaisseur supérieure à la moyenne des épaisseurs de la membrane. Et de manière favorable, les moyens d'étanchéité sont formés par une ou plusieurs nervures circulaires. La membrane peut comprendre trois nervures concentriques destinées à être plaquées contre et écrasées par la paroi de la chambre antérieure. Conformément à un deuxième aspect de l'invention, un pressostat comprend une membrane telle que définie ci-dessus. Conformément à un troisième aspect de l'invention, un turbocompresseur comprend un pressostat muni d'une membrane telle que définie ci-dessus. Conformément à un quatrième aspect de l'invention, un moteur à combustion interne comprend un turbocompresseur équipé d'un pressostat tel que défini ci-dessus. Description des dessins L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : - la Figure 1 représente une vue en perspective éclatée d'un turbocompresseur muni d'un pressostat ; - la Figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un pressostat, avec sa tige en position déployée ; - la Figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un pressostat avec sa tige en position rétractée ; - la Figure 4 représente un agrandissement du détail A des Figures 2 et 3 ; - la Figure 5 représente une vue en perspective d'une membrane ; - la Figure 6 représente une vue en coupe verticale de la membrane de la Figure 5 ; - la Figure 7 représente un agrandissement du détail B de la Figure 6 ; et - la Figure 8 représente un agrandissement du détail C de la Figure 6. Description détaillée Un moteur à combustion interne (non représenté) comprend un turbocompresseur 1 prévu pour suralimenter le moteur. Une turbine (non visible en Figure 1) du turbocompresseur 1, logée dans une section de détente 2, est reliée en amont à un collecteur d'échappement 3 du moteur. Un compresseur (non visible en Figure 1) du turbocompresseur 1, logé dans une section de compression 4, est relié en aval à un collecteur d'admission 6 d'un mélange air-carburant du moteur. La turbine est par ailleurs reliée en aval à un conduit d'échappement 7 des gaz brûlés, et le compresseur est relié en amont à un conduit d'admission 8 du mélange air-carburant. En fonctionnement suralimenté du moteur, le turbocompresseur 1 est destiné à comprimer l'air d'admission avant son introduction dans la chambre de combustion du moteur. Pour ce faire, la turbine est entraînée en rotation par les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 3 et elle entraîne à son tour le compresseur du turbocompresseur 1 à laquelle elle est liée pour rotation. Pour ce faire, une section d'entraînement 9 comprend notamment un arbre guidé en rotation sur des paliers (non visible en Figure 1). L'entraînement du turbocompresseur 1 peut être modulé ou interrompu pour certaines conditions de pressions des gaz d'admission et des gaz d'échappement. C'est par exemple le cas, lorsque la pression des gaz d'admission est trop importante et risque de provoquer une surpression des gaz d'échappement en sortie du collecteur d'échappement 3. Le maintien du fonctionnement du turbocompresseur 1 risquerait alors d'endommager l'ensemble de la section de détente 2 et de la section d'entraînement 9. C'est par exemple également le cas, lorsque la pression des gaz d'échappement est trop faible entraînant la turbine au ralenti. Le maintien du fonctionnement du turbocompresseur 1 risquerait alors de pénaliser le rendement du moteur, le compresseur ne comprimant pas assez les gaz d'admission. Pour moduler ou interrompre le fonctionnement du turbocompresseur 1, le collecteur d'échappement 3 est aussi relié à une extrémité amont 11 d'une conduite de dérivation appelée by-pass 12, dont l'autre extrémité 13 débouche perpendiculairement dans le conduit d'échappement 7. L'extrémité amont 11 du by-pass 12 comporte une soupape de décharge de turbine 14, coaxiale à l'extrémité amont 11 du by-pass 12. La soupape de décharge 14 obture sélectivement plus ou moins le by-pass 12 ou le met plus ou moins en communication avec le collecteur d'échappement 3. Elle permet d'orienter au moins une partie des gaz d'échappement vers le conduit d'échappement 7, afin que ces gaz ne traversent ni n'entraînent la turbine du turbocompresseur. Un dispositif de régulation se présentant sous la forme d'un pressostat 16 provoque un mouvement de la soupape de décharge de turbine 14 coaxialement à l'extrémité amont 11 du by-pass 12. La soupape 14 se déplace (Flèche M en Figure 1) entre deux positions extrêmes, une position obturée, correspondant à la position chargée de la turbine, et une position de dérivation, correspondant à la position déchargée de la turbine. La soupape 14 est actionnée par un axe et une biellette 17. La biellette 17 est mécaniquement reliée à une tige de commande 18 du pressostat. Le pressostat 16 comprend une membrane mobile 19 sensible à la pression régnant dans le collecteur d'admission 6 et recueillie par une tubulure 21. la tige de commande 18 est mécaniquement solidarisée à la membrane mobile 19. Ainsi, la tige effectue des mouvements de va-et-vient (Flèche T en Figure 1), ce qui ouvre et ferme la soupape 14. Un dispositif de réglage 22 permet de faire varier la distance entre la membrane 19 et la biellette 17, c'est-à-dire la longueur de la tige de commande 18, de façon à optimiser le réglage de l'ouverture de la soupape de décharge 14 en fonction de la pression détectée. Le pressostat 16 comprend une chambre antérieure 23 en communication directe avec la tubulure 21. Le pressostat 16 comprend une chambre postérieure 24 en communication directe avec l'air extérieur. La membrane 19 sépare de manière étanche la chambre antérieure 23 de la chambre postérieure 24. Lorsque la dépression est minimale et sensiblement égale à la pression atmosphérique dans la chambre antérieure 23 par rapport à la chambre postérieure 24 (cas de la Figure 2), la tige de commande 18 vient ouvrir la soupape de décharge 14, et le turbocompresseur n'est plus entraîné. A l'inverse, lorsque la dépression est maximale dans la chambre antérieure 23 par rapport à la chambre postérieure 24 (cas de la Figure 3), la tige de commande 18 vient fermer la soupape de décharge 14, et le turbocompresseur est entraîné au maximum. La membrane 19 se présente sous la forme d'une cuvette ou coupelle ronde et souple avec un fond 26 muni d'un trou central 27. La membrane 19 comprend une paroi cylindrique 28, un épaulement supérieur arrondi 29 et un rebord périphérique circulaire libre 31. La membrane 19 est un composite, en tissu ou en tricot imprégné d'un matériau polymère de type élastomère, par exemple silicone ou résine épichlorhydrine, en fonction de la température à laquelle elle résiste (entre 100 C et 200 C). Dans la membrane 19 est emboîté une pièce métallique en coupelle 32, présentant une forme complémentaire du fond 26 et de la paroi cylindrique 28 et des dimensions sensiblement inférieures à celles de la membrane 19. Cette coupelle métallique 32 rigidifie localement la membrane 19, celle-ci restant souple au niveau de son épaulement supérieur arrondi 29 et de son rebord périphérique circulaire libre 31. La membrane 19 est positionnée dans le pressostat 16 avec son fond 26 orienté vers la chambre postérieure 24, à l'opposé de la tubulure 21. Un ressort de rappel à boudin 33 est inséré dans la chambre antérieure 23 et vient s'appuyer par l'une de ses extrémités sur la paroi interne de la chambre antérieure 23 du côté de la tubulure 21 et par l'autre de ses extrémités sur le fond de la pièce métallique 32. Le ressort de rappel 33 est utilisé pour ramener la membrane 19 dans sa position de repos, lorsque la pression diminue dans la chambre antérieure 23 ou pour favoriser des déplacements (Flèche T) sans à-coups de la membrane 19 et de la tige de commande 18. La membrane 19 est fixée à la paroi interne 34 du corps du pressostat 16. Le corps du pressostat 16 est réalisé en deux parties, une partie antérieure 36 délimitant la chambre antérieure 23 et une partie postérieure 37 délimitant la chambre postérieure 24. La partie antérieure 36 et la partie postérieure 37 sont sensiblement en forme de cylindre fermé à l'une des extrémités. A la base fermée et dans un creux 38 de la partie antérieure 36 et longitudinalement à l'opposé de la sortie de la tige de commande 18 est fixée la tubulure 21. A la base plane fermée 39 de la partie postérieure 37 et longitudinalement à l'opposé de la tubulure 21 sort la tige de commande 18. La tige de commande 18 passe par un palier 41 non étanche (généralement en polyamide), assurant une continuité et une communication de pression entre la chambre postérieure 24 et l'atmosphère extérieure. Deux vis 42 sont également prévues au niveau de la base plane fermée 39 afin d'assurer la fixation du pressostat 16 à une plaque du turbocompresseur 1. La partie antérieure 36 vient s'emboîter dans la partie postérieure 37, tout en gardant une étanchéité entre la chambre antérieure 23 et la chambre postérieure 24. Pour ce faire, la partie postérieure 37 comprend un pliage rabattu ensuite sur lui-même en forme de U 43 au niveau de son bord supérieur libre. La partie antérieure 36 comprend un bord plié sensiblement à angle droit 44 au niveau de son bord inférieur libre. Le bord plié 44 vient s'engager à force au fond du U du pliage rabattu 43 (voir détail A en Figure 4). Pour assurer la séparation étanche entre les deux chambres antérieure 23 et postérieure 24, le rebord périphérique circulaire libre 31 de la membrane 19 vient se placer également au fond du U du pliage rabattu 43. Le rebord périphérique circulaire libre 31 s'insère entre le pliage rabattu 43 et le bord plié 44, sous le bord plié 44. Selon l'invention, le rebord périphérique circulaire libre 31 de la membrane 19 comprend des moyens permettant d'assurer une complète étanchéité entre la membrane 19 et la paroi interne 34 du pressostat 16, c'est-à-dire entre lui même et la partie antérieure 36 et la partie postérieure 37. Tout d'abord, le rebord périphérique circulaire libre 31 de la membrane 19 présente une épaisseur supérieure E à l'épaisseur moyenne e de la membrane 19 (voir détails A en Figure 4, et détail B en Figure 7). Cette surépaisseur E vient se placer entre le pliage rabattu 43 et le bord plié 44. A titre d'exemple, l'épaisseur de la membrane 19 sera de 0,60 mm, et l'épaisseur du rebord 31 sera de 1,20 mm. Le serrage supplémentaire ainsi obtenu entre le matériau polymère et le métal permet d'éviter toute fuite d'air entre les deux chambres antérieure 23 et postérieure 24. Ceci permet d'avoir plus de tolérance dans les cotes du pliage rabattu 43 de la partie postérieure 37 et du bord plié 44 de la partie antérieure 36 et dans l'engagement du rebord périphérique circulaire libre 31. Ceci permet également d'éviter des ruptures de la membrane 19 au niveau de son point de fixation. Ensuite, le rebord périphérique circulaire libre 31 de la membrane 19 présente une ou plusieurs nervures, par exemple trois nervures, concentriques 46, également connues sous le nom de godrons, faisant saillies vers le haut en direction de l'épaulement supérieur arrondi 29 (voir Figure 7). A titre d'exemple, la hauteur des nervures 46 sera de 0,3 mm par rapport au rebord 31. Lorsque le rebord périphérique circulaire libre 31 est inséré dans pliage rabattu 43 de la partie postérieure 37, les nervures concentriques 46 se retrouvent écrasées sous le bord plié 44 de la partie antérieure 36. Ces nervures 46 forment un joint supplémentaire en matériau polymère souple évitant ainsi toute fuite d'air périphérique entre les deux chambres antérieure 23 et postérieure 24, même sous fortes contraintes mécaniques et thermiques. La tige de commande 18 est solidarisée à la membrane 19 en passant par le trou 27. Une première rondelle antérieure perforée 47 vient se placer au fond de la coupelle métallique 32 dans la chambre antérieure 23. Une deuxième rondelle postérieure perforée 48 vient se placer autour de la tige de commande 18 sous le fond 26 de la membrane 19 dans la chambre postérieure 24. Un rivet 49 au bout de la tige 18 serre le fond 26 de la membrane 19 entre les deux rondelles 47 et 48. Selon l'invention, le tour du trou de passage 27 de la membrane 19 comprend des moyens permettant d'assurer une complète étanchéité entre la membrane et la tige de commande 18. Le rebord 51 du trou 27 comprend un ou plusieurs nervures, ici trois nervures, concentriques 52, également connues sous le nom de godrons, faisant saillies vers le bas en direction de la chambre postérieure 24 (voir Figure 8). A titre d'exemple, la hauteur des nervures 52 sera de 0,3 mm par rapport au rebord 31. Lorsque la tige de commande 18 est montée à la membrane 19, les nervures concentriques 46 se retrouvent écrasées par la deuxième rondelle postérieure perforée 48. Ces nervures 46 forment un joint supplémentaire en matériau polymère souple évitant ainsi toute fuite d'air centrale entre les deux chambres antérieure 23 et postérieure 24, même sous fortes contraintes mécaniques et thermiques. Il existe des pressostats fonctionnant à l'inverse du pressostat décrit ci-dessus. Dans ce cas, la chambre antérieure est sous une pression plus élevée que la pression établie dans la chambre postérieure. La tige de commande est également solidarisée à la membrane, mais par l'intermédiaire de la coupelle métallique positionnée dans la chambre postérieure. Le ressort est alors positionné dans la chambre postérieure et prend appui sur la coupelle métallique. La membrane ne présente alors plus de trou central pour la tige. Les moyens d'étanchéités sont alors uniquement prévus sur le rebord périphérique circulaire de la membrane. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. D'autres surépaisseurs et nervures présentant différentes formes peuvent être prévues ou montées au niveau des contacts polymère de la membrane 19 et métal du corps du pressostat 16 ou de la tige de commande 18. La membrane 19 avec ses moyens d'étanchéité peut venir se monter sur d'autres types de pressostats 16. Déposant : E. M. T. 74 Mandataire : Cabinet LAURENT ET CHARRAS REVENDICATIONS 1. Membrane pour pressostat (16), maintenue à la paroi interne du pressostat (16) de façon à délimiter une chambre antérieure (23) et une chambre postérieure (24) susceptibles d'être soumises à des pressions différentes, et à laquelle est solidarisée une tige de commande longitudinale (18), ainsi mobile entre une position rétractée et une position déployée selon les mouvements de la membrane (19) sous l'effet d'un différentiel de pression, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (46,52) destinés à assurer son étanchéité à la paroi interne (34) du pressostat (16) et à la tige de commande longitudinale (18). 2. Membrane selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (52) sont disposés autour du rebord (51) du trou de passage (27) de la tige de commande longitudinale (18). 3. Membrane selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité (46) sont disposés autour du rebord périphérique circulaire (31) en contact avec la paroi interne (34) du pressostat (16). 4. Membrane selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité sont formés par une épaisseur (E) supérieure à la moyenne des épaisseurs (e). 5. Membrane selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité sont formés par une ou plusieurs nervures circulaires (46,52). 6. Membrane selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend trois nervures concentriques (46) destinées à être plaquées contre et écrasées par la paroi (44) de la chambre antérieure (23). 7. Pressostat, caractérisé en ce qu'il comprend une membrane (19) selon l'une des revendications précédentes. 8. Turbocompresseur, caractérisé en ce qu'il comprend un pressostat (16) selon la revendication 7. t 9. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un turbocompresseur (1) selon la revendication 8. Déposant : E. M. T. 74 Mandataire : Cabinet LAURENT ET CHARRAS