Brevet FR2906566A1 — publié le 20080404

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de suralimentation équipée d'une soupape de dérivation des gaz d'échappement pour des moteurs à combustion interne, cette installation de suralimen- tation étant notamment réalisée comme turbocompresseur de gaz d'échappement avec une partie compresseur et une partie turbine installées dans un boîtier. Etat de la technique Le document DE 42 43 448 A décrit un dispositif de commande de la puissance de compression d'un turbocompresseur de gaz d'échappement équipant un moteur à combustion interne et ayant un actionneur pneumatique. L'actionneur pneumatique est alimenté en fluide de réglage sous pression par une pompe distincte fournissant du fluide de réglage sous pression et dont la pression est commandée selon au moins un paramètre de fonctionnement. Comme pompe à fluide de réglage sous pression d'actionnement il est prévu une pompe pneumatique électrique dont l'entraînement est commandé par un appareil de commande selon au moins un paramètre de fonctionnement. Dans la zone comprise entre le côté de pression de la pompe à air et l'actionneur, il y a une liaison étranglée vers l'atmosphère extérieure. La section de passage de la liaison vers l'air extérieur est commandée par l'appareil de commande en plus de la commande de la pression de réglage selon au moins un paramètre de fonctionnement par une électrovanne. L'électrovanne est une vanne de commutation à commande cadencée. Les nouvelles générations de moteurs à combustion in-terne, récemment développées, sont de construction plus petite et utilisent de plus en plus des installations de suralimentation telles que des turbocompresseurs de gaz d'échappement pour augmenter la densité de puissance. Les installations de suralimentation telles que par exemple les turbocompresseurs de gaz d'échappement assurent la régulation de la pression de suralimentation par une soupape de dérivation de gaz d'échappement. Lorsque la soupape de dérivation de gaz d'échappement est ouverte, la pression de suralimentation tombe. Si la demande en puissance du moteur à combustion interne augmente, on ferme la sou- 2906566 2 pape de dérivation des gaz d'échappement si bien que la pression de suralimentation augmente. L'actionnement de la soupape est assuré en général de manière pneumatique par une boîte à dépression ou une boîte à sur- 5 pression. La pression de commande selon le document DE 42 43 448 Al est prédéfinie par une soupape cadencée, par l'appareil de commande du moteur à combustion interne. On a constaté que l'évolution de la section d'écoulement libérée ou fermée par la soupape de dérivation des gaz d'échappement 10 en fonction de l'angle d'ouverture de la soupape de dérivation des gaz d'échappement, évoluait d'une manière fortement non linéaire. A proximité immédiate de la position fermée de la soupape de dérivation des gaz d'échappement, la soupape réagit de manière très sensible alors qu'à proximité de la position complètement ouverte, elle réagit d'une 15 manière très peu sensible aux variations angulaires. Comme toutefois dans le cas d'une soupape de dérivation de gaz d'échappement fermée, la régulation de la pression de suralimentation du moteur à combustion interne se situe nécessairement au voisinage de la charge maximale, la sensibilité de la soupape de dérivation 20 des gaz d'échappement dans cette plage de réglage, c'est-à-dire dans une position permettant le fonctionnement du moteur à combustion in-terne en mode de charge maximale, est importante pour permettre la régulation de la pression de suralimentation également dans la plage proche de la charge maximale du moteur à combustion interne. En re- 25 vanche, on peut plutôt tolérer des imprécisions de la soupape de dérivation des gaz d'échappement dans la plage de débattement qui correspond à la position complètement ouverte de la soupape de dérivation des gaz d'échappement. Exposé et avantages de l'invention 30 La présente invention concerne une installation de suralimentation du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que la soupape de dérivation des gaz d'échappement comprend un masquage mécanique. Ce masquage mécanique améliore la qualité de la régula-35 tion et sa précision justement dans la plage proche de la charge maxi- 2906566 3 male d'un moteur à combustion interne. Dans la plage proche de la charge maximale du moteur à combustion interne, lorsque la soupape de dérivation des gaz d'échappement est en général complètement fermée ou n'est ouverte que de quelques degrés d'angle, on peut ainsi ré- 5 aliser d'une manière extrêmement fine, un dosage de la pression de suralimentation dans les plages de charges situées juste sous la charge maximale du moteur à combustion interne. Cela exclut toute variation brusque de la pression de suralimentation. Le masquage mécanique selon l'invention est prévu de préférence sur le côté du plateau de la 10 soupape de dérivation des gaz d'échappement auquel est associé le col-lecteur des gaz d'échappement de sorte que le masquage mécanique du côté intérieur du plateau de la soupape de dérivation des gaz d'échappement est exposé au passage des gaz d'échappement qui lors-que la soupape de dérivation est fermée, arrivent directement sur 15 l'installation de suralimentation réalisée de préférence comme turbo-compresseur des gaz d'échappement. Si la soupape de dérivation des gaz d'échappement équipée de préférence d'un actionneur pneumatique tel que par exemple une boîte de surpression ou de dépression, pour sa commande, ne s'ouvre que de quelques degrés d'angle, le masquage 20 mécanique permet d'obtenir, du côté du plateau de la soupape de dérivation des gaz d'échappement tourné vers la veine de gaz d'échappement, dans le cas idéal, une évolution linéaire de la section d'ouverture dans la plage de réglage concernée du plateau de la sou-pape de dérivation des gaz d'échappement. Cela permet d'améliorer la 25 qualité de la régulation précisément dans la plage proche de la pleine charge, contrairement aux soupapes de dérivation des gaz d'échappement connues qui ont une section d'ouverture variant d'une manière fortement non linéaire dans la plage proche de la charge maximale. 30 Le masquage mécanique peut également être réalisé sur le boîtier du turbocompresseur des gaz d'échappement dans la zone dans laquelle se situe l'ouverture de dérivation des gaz d'échappement, fermée par l'épaisseur de la soupape de dérivation des gaz d'échappement. 2906566 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une installation de suralimentation à soupape de 5 dérivation des gaz d'échappement, en forme de turbocompresseur de gaz d'échappement associé à un moteur à combustion interne à allumage commandé, - la figure 2 montre la position de fermeture et la position d'ouverture d'une soupape de dérivation des gaz d'échappement selon l'état de la 10 technique, et - les figures 3.1, 3.2 montrent la position d'ouverture et la position de fermeture de la soupape de dérivation des gaz d'échappement selon l'invention pour une installation de suralimentation. Description de modes de réalisation de l'invention 15 La figure 1 montre un moteur à combustion interne à allumage commandé comportant une installation de suralimentation en forme de turbocompresseur de gaz d'échappement. La figure 1 montre un moteur à combustion interne qui dans cet exemple de réalisation est un moteur à combustion interne à 20 allumage commandé. Mais il est sans importance pour l'invention qu'il s'agisse d'un moteur à combustion interne à allumage non commandé ou d'un moteur à combustion interne à allumage commandé comme celui présenté à la figure 1. L'air frais est aspiré à travers un filtre d'air 10 dans une 25 tubulure d'admission 12 et dans une partie de compression 16 d'une installation de suralimentation 14 pour être comprimé ; cette installation est de préférence réalisée sous la forme d'un turbocompresseur de gaz d'échappement. En plus de la partie compresseur 16, l'installation de suralimentation 14, réalisée de préférence sous la forme d'un turbo- 30 compresseur de gaz d'échappement, comporte également une partie de turbine 18. La partie compresseur 16 peut être couplée à la partie turbine 18 par un arbre rigide. La régulation de la pression d'alimentation de l'installation de suralimentation 14, réalisée de préférence par un turbocompresseur de gaz d'échappement, comporte une soupape de dé- 35 rivation des gaz d'échappement 20. La soupape de dérivation des gaz 4 2906566 5 d'échappement 20 est commandée par un actionneur pneumatique 22, par exemple en forme de boîte à dépression ou de boîte à surpression. L'actionneur pneumatique 22 est relié par l'intermédiaire d'un élément d'actionnement, par exemple en forme de tige d'actionnement, au pla- 5 teau 26 pivotant autour de l'axe de pivotement 30 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement. Le plateau 26 ouvre ou ferme, suivant la commande par l'actionneur pneumatique 22, une ouverture 28 du boîtier 70 de l'installation de suralimentation 14 réalisée de préférence comme turbocompresseur de gaz d'échappement. i0 Après le passage de l'installation de suralimentation 14 réalisée de préférence comme turbocompresseur de gaz d'échappement, l'air frais pré-comprimé passe par une conduite de suralimentation en air 32 et un radiateur intermédiaire 34. Après passage du radiateur intermédiaire 34, l'air frais pré-comprimé, refroidi, arrive dans une instal- 15 lation d'étranglement 36 qui régule le débit massique d'air alimentant le moteur à combustion interne. Après avoir traversé l'installation d'étranglement 36, l'air frais pré-comprimé et refroidi dans le radiateur intermédiaire 34, selon la position de l'installation d'étranglement 36, arrive par au moins une 20 soupape d'admission 38 du moteur à combustion interne dans les chambres de combustion 44 du moteur. La zone de la culasse du moteur à combustion interne comporte au moins une soupape d'admission 38 et au moins une sou-pape d'échappement 40. Par cylindre dans le moteur on peut toutefois 25 avoir deux soupapes d'admission 38 et deux soupapes d'échappement 40. Entre ces soupapes, la culasse du moteur selon la représentation de la figure 1 est équipée d'une bougie d'allumage 42. Cette bougie déclenche le mélange carburant-air comprimé dans la chambre de combustion 14 par le mouvement de remontée du piston 46 ; à l'expansion le piston 30 fournit du travail. Dans le schéma du moteur à combustion interne, au niveau du carter de vilebrequin 54, on a prévu un capteur de cliquetis 50 ainsi qu'un capteur 52 qui détecte la température du fluide de refroidissement. Les gaz d'échappement expulsés après le temps de travail 35 de la chambre de combustion 14 à travers au moins une soupape 2906566 6 d'échappement 40 hors de la chambre de combustion 44, arrivent dans une conduite de gaz d'échappement 56 pour alimenter la partie turbine 18 de l'installation de suralimentation 14 de préférence réalisée comme turbocompresseur de gaz d'échappement. Selon la position de la sou- 5 pape de dérivation des gaz d'échappement 20 destinée à réguler la pression de suralimentation de l'installation de suralimentation, soit dans la plage de pleine charge du moteur à combustion interne on fait passer tout le débit massique de gaz d'échappement par la partie turbine 18 de l'installation de suralimentation 14 réalisée de préférence comme turbo10 compresseur de gaz d'échappement pour y fournir le travail nécessaire à la compression d'air frais où une partie des gaz d'échappement passant par la conduite des gaz d'échappement 56 est dirigée suivant la position d'ouverture du plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement, autour de la partie turbine 18 de l'installation de sura15 limentation 14 réalisée de préférence comme turbocompresseur de gaz d'échappement. Après passage de la partie de turbine 18 de l'installation de suralimentation 14 réalisée de préférence comme turbocompresseur de gaz d'échappement ou après passage de l'ouverture 28 de la soupape 20 de dérivation des gaz d'échappement 20 lorsque celle-ci est ouverte, les gaz d'échappement détendus passent en plus sur un catalyseur 58 dans au moins un pot d'amortissement du système de gaz d'échappement de la conduite de gaz d'échappement. La représentation de la figure 2 montre une soupape de 25 dérivation de gaz d'échappement appliquée jusqu'à présent aux installations de suralimentation en forme de turbocompresseurs de gaz d'échappement, cette soupape de dérivation des gaz d'échappement étant présentée en position de fet nteture et en position d'ouverture. Dans les deux positions du plateau 26 de la soupape de 30 dérivation des gaz d'échappement 20 représentées par les références 80 et 82 à la figure 2, on a représenté schématiquement l'ouverture 28 du boîtier 70 de l'installation de suralimentation 14. L'ouverture 28 est fermée dans la position de fermeture 80 par le plateau 26 de la soupape de dérivation de gaz d'échappement 20 ; le plateau est bloqué en posi- 35 tion fermée 80 par une tige d'actionnement 24 articulée au plateau de 2906566 7 soupape 26 ou au point d'articulation 78. La position fermée 80 selon la représentation de la figure 2 correspond au mode de charge maximale du moteur à combustion interne ; dans ce mode, l'ensemble des gaz d'échappement expulsé des chambres de combustion 44 du moteur à 5 combustion interne arrive dans le collecteur de gaz d'échappement pour passer dans la partie turbine 18 de l'installation de suralimentation 14 réalisée de préférence sous la forme d'un turbocompresseur de gaz d'échappement. Dans la position ouverte 82 également représentée à la fi-10 gure 2, le plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement 20 est légèrement pivoté autour de l'axe de pivotement 30. Le débattement est assuré par la commande de l'actionneur pneumatique représentée à la figure 1 ; cet actionneur agit sur la tige d'actionnement ou biellette 24 reliée au point d'articulation 78 avec le 15 plateau 26 et commande l'ouverture du plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement 20. Par la commande de l'actionneur pneumatique 22 on fait pivoter le plateau 26 de la soupape de dérivation de gaz d'échappement 20 autour de l'axe de pivotement 30 et le plateau 26 s'écarte des surfaces d'appui 76 délimitant l'ouverture 28 du 20 boîtier 70 de l'installation de suralimentation 14. Comme la section de l'ouverture 28 qui se forme lors du débattement du plateau 26 autour de l'axe de pivotement 30 ne correspond pas à une évolution linéaire, la soupape de dérivation des gaz d'échappement réagit de manière très sensible lorsque le moteur à combustion interne fonctionne dans son 25 mode proche de la charge maximale. Les figures 3.1 et 3.2 montrent la position fermée 80 et la position ouverte 82 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement selon l'invention avec masquage mécanique du côté intérieur. La figure 3. 1 montre que le plateau 26 de la soupape de 30 dérivation des gaz d'échappement 20 se trouve en position fermée 80. Le plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement 20 est actionné par l'intermédiaire d'un organe d'actionnement 24 en forme de bielle. Cet organe est lui-même commandé par un actionneur pneumatique 22 représenté à la figure 1 pour venir en position fermée 80. Le 35 côté extérieur du plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz 2906566 8 d'échappement 20 porte la référence 74. Le côté intérieur du plateau 26 de la soupape porte la référence 72. La figure 3.1 montre que le côté intérieur 72 du plateau 26 de la soupape de dérivation des gaz d'échappement 20 selon la figure 5 1 a un masquage mécanique 84. Dans la variante de réalisation du masquage mécanique 84 représentée à la figure 3.1, ce masquage est principalement en forme de tronc de cône. Les segments de surfaces 86, 88, notamment les segments de surfaces coniques présentent des angles 90, 92 différents. Le masquage mécanique 84 en forme de tronc de 10 cône est appliqué par la surface de sa base contre le côté intérieur 72 du plateau de soupape 26. Selon la position fermée 80 du plateau de soupape 26 représenté à la figure 3.1, le second segment de surface conique 86 se trouve à l'extrémité opposée à celui de l'axe de pivotement 30 du plateau de soupape 26. Le point d'articulation 78 de l'organe 15 d'actionnement 24 en forme de bielle pour actionner le plateau de sou-pape 26 est appliqué contre le côté extérieur 74 du plateau de soupape 26 ; en regard de celui-ci se trouve le premier segment de surface conique 86. L'angle que fait le premier segment de surface conique 86 du masquage mécanique 84 par rapport à la direction horizontale est iden- 20 tifié par la référence 90. Un second angle 92 du second segment de sur-face 88 se situe de préférence dans une plage REVENDICATIONS 1 ) Installation de suralimentation (14) équipée d'une soupape de dérivation des gaz d'échappement (20) pour des moteurs à combustion in-terne, cette installation de suralimentation (14) étant notamment réalisée comme turbocompresseur de gaz d'échappement, avec une partie compresseur (16) et une partie turbine (18) installées dans un boîtier (70), caractérisée en ce que la soupape de dérivation des gaz d'échappement (20) comprend un masquage mécanique (84). 2 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masquage mécanique (84) est réalisé sur une surface (72) d'un plateau (26) de la soupape de dérivation des gaz d'échappement (20), surface tournée vers le boîtier (70). 3 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que 20 le masquage mécanique (84) est réalisé sur le boîtier (70) de la soupape de dérivation de gaz d'échappement (20). 4 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que 25 le masquage mécanique (84) comprend un premier segment de surface (86) donnant une croissance linéaire à la section d'ouverture (94) pour une petite course d'ouverture ou un petit angle d'ouverture de la sou-pape de dérivation des gaz d'échappement (20). 30 5 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masquage mécanique (84) pénètre dans l'ouverture (28) du boîtier (70) lorsque la soupape de dérivation des gaz d'échappement (20) est en position fermée (80). 35 2906566 12 6 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le masquage mécanique (84) est réalisé pratiquement sous la forme d'un tronc de cône disposé en biais, et dont la surface de base est prévue sur 5 la surface (72) du plateau de soupape (26) tourné vers le boîtier (70). 7 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le masquage mécanique (84) se présente pratiquement sous la forme d'un tronc de cône creux installé en biais sur la face intérieure (72) du plateau de soupape (26). 8 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le premier segment de surface (86) du masquage mécanique (84) est appliqué contre une extrémité du plateau de soupape (26) à l'opposé de celle de l'axe de pivotement (30). 9 ) Installation de suralimentation selon les revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que l'axe du tronc de cône prévu sur la surface (72) est basculé par rapport à l'axe de pivotement (30) du plateau (26) de la soupape de dérivation des gaz d'échappement (20). 10 ) Installation de suralimentation (14) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' un point d'articulation (78) d'un organe d'actionnement (24) sur le plateau (26) est en regard du premier segment de surface (86).30