Brevet FR2979384A1 — publié le 20130301

TURBOCOMPRESSEUR A GEOMETRIE VARIABLE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE COMMANDE OPTIMISE [0001] L'invention porte sur le domaine des turbocompresseurs à géométrie variable et de leurs dispositifs de commande. [0002] Il est connu d'employer dans un moteur à combustion des systèmes de suralimentation afin d'augmenter la pression de l'air à l'admission et d'améliorer le remplissage en air des cylindres. [0003] Classiquement, le système de suralimentation peut comporter un ou plusieurs turbocompresseurs. L'un des inconvénient des turbocompresseurs dits à géométrie fixe est d'être dimensionné pour un point de fonctionnement précis. Autrement dit, un turbocompresseur de grande dimension est en mesure de délivrer un débit d'air important, mais présente un long temps de mise en rotation lié sa grande masse et donc son grande inertie, ce qui induit un long temps de réponse du dispositif (« temps mort » souvent désigné par l'expression anglophone « turbo lag »), tandis qu'un turbocompresseur de faible dimension présente un faible temps de réponse (ce qui est souhaitable) mais n'est pas en mesure de délivrer un débit d'air important. [0004] Afin de palier ce problème, il est connu d'employer un turbocompresseur dit à géométrie variable (communément désigné par l'acronyme « TGV » pour « Turbocompresseur à Géométrie Variable »). [0005] Un turbocompresseur à géométrie variable permet de réguler la circulation des gaz d'échappement à l'entrée de la turbine du turbocompresseur, pour ajuster la puissance délivrée par la turbine pour réguler le fonctionnement du compresseur auquel elle est associée en fonction de la charge souhaitée. [0006] Un turbocompresseur à géométrie variable permet donc d'élargir la plage d'utilisation du turbocompresseur, en lui conférant au besoin le comportement d'un turbocompresseur de petite ou de grande dimension. Il aide à augmenter la pression à vitesse réduite et ainsi minimise le temps de réponse. Deux types de dispositifs connus peuvent permettre l'obtention de ce résultat. [0007] Selon une première configuration, la variation de section d'entrée de la turbine, obtenue par un système de piston coulissant, permet de faire varier la vitesse des gaz attaquant la turbine. Pour augmenter la vitesse des gaz à bas régime, on ménage une faible section de passage. Au fur et à mesure que le régime augmente, le piston se translate pour dégager une plus grande section de passage aux gaz d'échappement. [0008] Selon une seconde configuration met en oeuvre le principe d'une variation de l'angle selon lequel les gaz d'échappement attaquent les aubes de la turbine. Pour cela, soit des ailettes mobiles sont disposés autour de la turbine, soit une ou plusieurs ailettes sont disposées dans le conduit à l'admission de la turbine. [0009] Dans tous les modes de réalisation, un turbocompresseur à géométrie variable est commandé à l'aide d'une capsule actionnée par dépression, pilotée par un calculateur. [0010] De manière classique, le système de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable comporte donc une capsule de commande ou « poumon », lié à un circuit de vide, et fixé au corps du turbocompresseur, une biellette de commande dont la rotation actionne l'élément mobile du turbocompresseur à géométrie variable, et une tige de commande reliant la capsule à la biellette. [0011] En employant des dispositifs standards (capsule en dépression, turbocompresseur de série), la position de la capsule est imposée par le mouvement produit pas la capsule. En effet, la capsule ne peut imposer qu'un mouvement de traction sur la tige par rapport à son état au repos, en l'absence de dépression. Le système de géométrie variable impose en outre un sens de translation bien précis pour le fonctionnement de la géométrie variable, sens qui est défini par rapport aux sens des volutes du compresseur. [0012] Cependant, les contraintes d'implantation du turbocompresseur sur le moteur qu'il équipe peuvent être incompatibles de l'implantation de la capsule dans sa position fonctionnellement imposée. Cela peut notamment être le cas dans le cadre d'une application automobile dans laquelle le moteur est installé dans un espace sous-capot regroupant de nombreux dispositifs. [0013] Dans le cadre de certaines application, les contraintes d'implantation pourraient être résolue en pivotant à 180° la tige et la capsule, mais cela nécessiterait soit d'avoir une capsule fonctionnant en pression et pouvant donc faire travailler la tige en compression (ce qui n'est en outre pas souhaitable mécaniquement car la tige pourrait flamber), soit d'imposer au pilotage du turbocompresseur une logique de commande à l'inverse de la logique habituellement employée (par exemple une inversion de la position ouverte ou fermée des ailettes au repos du système). Par ailleurs, utiliser une capsule qui fonctionnerait en pression serait problématique car ce type de capsule est peu fiable et présente couramment des fuites internes. [0014] Dans l'invention, on tend à résoudre ce problème par une modification mécanique peu onéreuse du dispositif, permettant d'employer un turbocompresseur de série et une capsule standard fonctionnant en dépression, tout en adoptant un positionnement du mécanisme de commande (tige et capsule) tourné de 180° environ par rapport au positionnement habituel dans l'état de la technique. [0015] Plus précisément, l'invention porte donc sur un ensemble comportant un turbocompresseur à géométrie variable et son un dispositif de commande, le dispositif de commande comportant une capsule de commande fonctionnant en dépression et une première biellette reliée à la capsule de commande par une tige, la première biellette étant liée au turbocompresseur par une première liaison pivot, comportant en outre une seconde biellette liée au turbocompresseur par une seconde liaison pivot, la rotation de la seconde biellette entraînant un mécanisme de variation de la géométrie du turbocompresseur, la première biellette et la seconde biellette étant liées entre elles de sorte qu'une rotation de la première biellette autour de première liaison pivot entraîne une rotation en sens inverse de la seconde biellette autour de la seconde liaison pivot. L'inversion du mouvement généré par la traction de la tige sur la biellette à laquelle elle est liée permet donc la commande du mécanisme de variation de la géométrie du turbocompresseur de type standard, par une capsule à dépression de type standard, malgré une implantation de la capsule à 180° environ (par rapport au point de liaison entre la tige et la biellette à laquelle elle est liée) de son implantation habituelle. [0016] Selon un première mode de réalisation, la liaison entre la première biellette et la seconde biellette comporte un pion porté par l'une des première et seconde biellettes apte à pivoter et se translater dans un alésage formé dans l'autre biellette. [0017] Selon un autre mode de réalisation, la première biellette et la seconde biellette comportent respectivement une première portion de roue dentée et une seconde portion de roue dentée s'engrenant l'une avec l'autre. [0018] De préférence, la capsule de commande est liée rigidement à un carter du turbocompresseur. [0019] De préférence, la première biellette est liée à un carter du turbocompresseur. [0020] De préférence, la seconde biellette est liée à un carter du turbocompresseur. [0021] L'invention porte aussi sur un moteur à combustion comportant un ensemble tel que précédemment décrit. [0022] L'invention porte enfin sur un véhicule automobile comportant un moteur selon l'invention. [0023] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures présentant schématiquement un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable tel que connu dans l'état de la technique d'une part, et selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention d'autre part. [0024] La figure 1 présente schématiquement selon une vue partielle en trois dimensions un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable tel que connu dans l'état de la technique, ainsi que le mécanisme interne de variation de la géométrie de la turbine. [0025] La figure 2 présente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable tel que connu dans l'état de la technique. [0026] La figure 3 présente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable mis en oeuvre dans un ensemble conforme à une variante préférentielle de l'invention. [0027] La figure 4 présente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable mis en oeuvre dans un ensemble conforme à une autre variante préférentielle de l'invention. [0028] A la figure 1, on a représenté selon une vue schématique en trois dimensions un exemple de dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable tel que connu dans l'état de la technique et le mécanisme de variation de la géométrie de la turbine auquel il est relié. [0029] Dans le dispositif représenté en figure 1, une capsule 1 de commande, fonctionnant en dépression, peut entrainer le mouvement d'une tige 2 reliée en pivot à une première biellette 3. La traction de la tige 2 par la capsule 1 entraine la première biellette 3 en rotation. [0030] La biellette est liée en pivot au mécanisme interne de variation de la géométrie de la turbine 4. Ce mécanisme comporte, dans l'exemple ici représenté, un anneau rotatif 5 comportant des échancrures dans lesquelles s'engrènent des moyens de commande 6 rigidement liés à des ailettes mobiles 7 disposées autour de la turbine 4. [0031] La rotation des ailettes mobiles 7 permet de guider les gaz à l'admission du turbocompresseur afin de sélectionner leur angle d'attaque vis-à-vis de la turbine 4. [0032] La figure 2 reprend de manière simplifiée, selon une vue en deux dimensions la cinématique de fonctionnement du dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable tel que connu dans l'état de la technique et correspondant au dispositif présenté en figure 1. [0033] On retrouve une capsule 1 pouvant entrainer la traction d'une tige 2 liée à une biellette 3, ladite biellette étant ainsi entrainée en rotation. La capsule 1 est communément fixée rigidement au carter 8 du turbocompresseur. [0034] L'architecture du compresseur est standardisée, ainsi que la capsule 1. La capsule 1, fonctionnant en dépression, ne peut travailler qu'en traction sur la tige 2. C'est de toute manière souhaitable plutôt que de faire travailler la tige 2 en compression ce qui pourrait entrainer son flambage. [0035] Selon certaines architectures de moteur et d'implantation du moteur, notamment dans le cadre d'une application automobile, il peut être impératif d'implanter la capsule 1 tournée d'environ 180° par rapport à son implantation traditionnelle. Cependant, il faudrait dans ce cas, pour ne pas avoir à modifier les autres composants standards dont notamment le mécanisme de variation de la géométrie de la turbine, un mécanisme qui permette de pousser la biellette au lieu de la tirer, ce qui n'est pas possible avec une capsule à dépression standard. [0036] La figure 3 présente schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de commande d'un turbocompresseur à géométrie variable conforme à une variante préférentielle de l'invention et résolvant ce problème. [0037] Dans l'invention, le dispositif comporte : - une capsule 1 de commande fonctionnant en dépression ; - une première biellette 3 ; - une tige 2 reliant la capsule à la première biellette 3 ; - une seconde biellette 9. [0038] La tige 2 est liée en pivot à une première extrémité de la première biellette 3. La première biellette 3 est liée au turbocompresseur, typiquement à son carter 8, par une première liaison pivot P1, pouvant être située sensiblement au milieu de la première biellette 3. [0039] La seconde biellette 9 est liée rigidement au mécanisme de variation de la géométrie de la turbine. La rotation de la biellette selon une seconde liaison pivot P2 entraine le mécanisme de variation de la géométrie du turbocompresseur. [0040] La première biellette 3 et la seconde biellette 9 sont liées entre elles de sorte qu'une rotation de la première biellette autour de première liaison pivot entraine une rotation en sens inverse de la seconde biellette autour de la seconde liaison pivot. [0041] Selon la variante de l'invention présentée en figure 3, la première biellette 3 comporte un pion 10 monté libre en translation et en rotation dans un alésage 11 de la seconde biellette 9. [0042] De manière analogue, le pion peut être porté par la seconde biellette 9 tandis que l'alésage peut être ménagé dans la première biellette. [0043] Toute autre liaison permettant d'entrainer la seconde biellette en rotation en sens inverse la rotation de la première biellette (consécutivement à la rotation de cette dernière) est envisageable dans l'invention. [0044] Selon une seconde variante de l'invention présentée en figure 4, la première biellette 3 et la seconde biellette 9 présentent chacune à l'une de leurs extrémités une portion de roue dentée. Lesdites portions dentées s'engrènent l'une dans l'autre, de sorte que la rotation de la première biellette 3 entraine en rotation inverse la seconde biellette 9. [0045] L'invention ainsi développée permet donc l'emploi de capsules de commande standardisée quelle que soit la position d'implantation de la capsule sur le turbocompresseur, afin de se conformer à l'environnement moteur disponible pour son implantation. L'invention permet de conserver le sens de fonctionnement des dispositifs de variation de la géométrie du turbocompresseur, imposé par la conception standardisée de ce dernier. REVENDICATIONS: 1. Ensemble comportant un turbocompresseur à géométrie variable et son un dispositif de commande, le dispositif de commande comportant une capsule (1) de commande fonctionnant en dépression et une première biellette (3) reliée à la capsule (1) de commande par une tige (2), la première biellette (3) étant liée au turbocompresseur par une première liaison pivot (P1), caractérisé en en ce qu'il comporte en outre une seconde biellette (9) liée au turbocompresseur par une seconde liaison pivot (P2), la rotation de la seconde biellette (9) entraînant un mécanisme de variation de la géométrie du turbocompresseur, la première biellette (3) et la seconde biellette (9) étant liées entre elles de sorte qu'une rotation de la première biellette (3) autour de première liaison pivot (P1) entraîne une rotation en sens inverse de la seconde biellette (9) autour de la seconde liaison pivot (P2). 2. Ensemble selon la revendication 1, la liaison entre la première biellette (3) et la seconde biellette (9) comportant un pion (10) porté par l'une des première et seconde biellettes apte à pivoter et se translater dans un alésage (11) formé dans l'autre biellette. 3. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la première biellette (3) et la seconde biellette (9) comportent respectivement une première portion de roue dentée et une seconde portion de roue dentée s'engrenant l'une avec l'autre. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la capsule (1) de commande est liée rigidement à un carter du turbocompresseur. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première biellette (3) est liée à un carter du turbocompresseur. 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la seconde biellette (9) est liée à un carter du turbocompresseur. 7. Moteur à combustion comportant un ensemble selon l'une des revendications précédentes. 8. Véhicule automobile comportant un moteur selon la revendication 7.